永磁無刷直流電機電機控制資料.ppt

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1、永磁無刷直流電機永磁無刷直流電機原理深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院直流電源逆變器電機本體輸出控制信號控制器位置檢測器控制系統(tǒng)組成簡圖磁極靜止，電樞旋轉(zhuǎn)f=IBla，這個力形成電磁轉(zhuǎn)矩根據(jù)左手定則，線圈在這個轉(zhuǎn)矩作用下將按逆時針方向旋轉(zhuǎn)當(dāng)載流導(dǎo)體轉(zhuǎn)過180度后，借助電刷-換向片改變導(dǎo)體中電流方向永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院二、無刷直流電動機的工作原理傳統(tǒng)直流電動機的工作原理電樞磁極換向片永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院直流電動機內(nèi)部電磁過程的特點總結(jié)定子側(cè)為靜止的主極勵磁磁勢；轉(zhuǎn)子(電樞）側(cè)由外部電刷的直流電源供電，內(nèi)部繞組電流以

2、及感應(yīng)的電勢為交流。由換向器和電刷完成上述逆變過程的轉(zhuǎn)換；電刷是電樞電流的分界線，其位置決定了轉(zhuǎn)子電樞電流的換流時刻。因此，電刷與換向片配合起到了檢測轉(zhuǎn)子位置的作用；盡管轉(zhuǎn)子在不停的旋轉(zhuǎn)，但由于電刷相對主極靜止不動，因此，電樞磁勢與主極磁勢相對靜止；電樞磁勢與主極磁勢空間互相垂直，確保了直流電動機可以產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩；永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院直流電動機的不足電刷的磨損與維護；機械式換向火花，限制了應(yīng)用場合；難以實現(xiàn)高速運行；解決措施：要點總結(jié)電刷和換向器起到了與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的機械式逆變器作用；定子側(cè)的直流勵磁磁勢和轉(zhuǎn)子電樞磁勢兩者相對靜止且相互垂直；通

3、過電力電子式逆變器完成直流到交流的轉(zhuǎn)換；通過轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置，完成換向片與電刷的作用，以決定換流時刻；考慮到實現(xiàn)的方便性，定、轉(zhuǎn)子位置顛倒，組成反裝式直流電動機。永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院定子磁極，采用集中繞組轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)子位置檢測驅(qū)動電路，逆變器組成電子開關(guān)機電一體化產(chǎn)品無刷直流電動機原理電機本體電機本體轉(zhuǎn)子位置檢測電子開關(guān)永磁無刷直流電動機的原理框圖永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院定子繞組采用整距、集中繞組永磁體粘接至轉(zhuǎn)子表面，呈隱極式結(jié)構(gòu)電動機本體永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院(a)永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式(a)表面貼裝式；(b)內(nèi)嵌式.1

4、－磁鋼；2－鐵心(b)逆變器結(jié)構(gòu)星形三相三狀態(tài)星形三相六狀態(tài)永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院星形四相四狀態(tài)封閉三相六狀態(tài)正交兩相四狀態(tài)封閉四相四狀態(tài)永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院轉(zhuǎn)子位置傳感器(1)磁敏式位置傳感器—霍爾元件永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院外形電路原理開關(guān)特性霍爾集成電路永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院(2)電磁式位置傳感器永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院高頻勵磁輸入輸出繞組轉(zhuǎn)子磁心定子磁心永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院(3)光電式位置傳感器遮光盤一相導(dǎo)通星形三相三狀態(tài)1）H1受光，V1導(dǎo)通，A相流過電流，產(chǎn)生磁勢Fa。電

5、流路徑：電源正極—A相繞組—V1管—電源負極。2）電機順時針轉(zhuǎn)過120度后，H1被遮光，H2受光，V1關(guān)斷，V2導(dǎo)通，B相繞組通入電流，產(chǎn)生磁勢Fb。3）再轉(zhuǎn)過120度，C相導(dǎo)通。永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院A相通電B相通電C相通電A相通電上述過程可以看成按一定順序換相通電的過程，或者磁場旋轉(zhuǎn)的過程，定子各相繞組在氣隙中所形成的旋轉(zhuǎn)磁場是跳躍運動的，一周內(nèi)有三種狀態(tài)，每種磁場狀態(tài)持續(xù)120°，他們跟蹤轉(zhuǎn)子并與轉(zhuǎn)子的磁場相互作用，產(chǎn)生驅(qū)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。150°30°轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過120度，功率管換流一次，定子磁場狀態(tài)就改變

6、一次，電機有三個磁狀態(tài)。每個功率管導(dǎo)通120度（1/3周期）。磁場為跳躍式步進磁場。因此，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為脈動轉(zhuǎn)矩。減小轉(zhuǎn)矩脈動的方法是增加一周內(nèi)的磁狀態(tài)數(shù)，如二相導(dǎo)通六狀態(tài)。永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院A相通電B相通電C相通電A相通電150°30°二相導(dǎo)通星形六狀態(tài)永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院每隔60°換流一次;任何瞬時有兩只開關(guān)器件同時導(dǎo)通；每個開關(guān)器件導(dǎo)通120°永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院永磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院永

7、磁無刷直流電機深圳大學(xué)軌道交通學(xué)院由此繪出一個周期內(nèi)定子三相繞組在不同時刻三相電流所產(chǎn)生的定子合成磁勢與轉(zhuǎn)子永磁磁勢之間的關(guān)系如圖所示。在一個周期內(nèi)三相定子繞組在空間共產(chǎn)生六個定子合成磁勢；轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過電角度，定子繞組則換流一次，相應(yīng)的定子合成磁勢就跳變一次。每個定子合成磁勢在時間上持續(xù)1/6周期（電角度）；在這六個連續(xù)跳變的定子合成磁勢作用下，轉(zhuǎn)子永磁磁勢隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；盡管定子合成磁勢是跳變的，但其平均轉(zhuǎn)速卻與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持同步，亦即在平均意義上與相對靜止。從而保證了有效電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生，而且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為同步速。電樞磁勢在與轉(zhuǎn)子磁極軸線垂直的電角度范圍內(nèi)變化，亦即使兩者