BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)

稀土永磁無刷直流電動機RareEarthPermanentMagnetBrushlessDCMotor(BLDCM)湖北工業(yè)大學稀土電機及控制研究所1BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)稀土永磁無刷直流電動機

RareEarthPermanentMagnet

BrushlessDCMotor，BLDCM

一、無刷電機概述二、無刷電機原理與特性三、無刷電機控制四、無刷電機轉(zhuǎn)矩脈動五、無刷電機電磁設(shè)計

2BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)稀土永磁無刷直流電動機

一、無刷電機概述RareEarthPermanentMagnetBrushlessDCMotor，BLDCM3BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機概述1.無刷直流電動機的應(yīng)用2.無刷直流電動機發(fā)展歷史3.無刷與有刷直流電動機比較4.無刷直流電動機的特點5.無刷直流電動機系統(tǒng)組成4BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機概述1.無刷直流電動機的應(yīng)用5BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)計算機中的無刷電機6BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)計算機中的無刷電機7BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)電動自行車中的無刷電機8BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)家用電器中的無刷電機9BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)本田HEVINSIGHT10BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)豐田混合電動汽車開發(fā)歷程11BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)本田Insight發(fā)動機和無刷電機12BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)13BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)本田CIVIC的動力分配策略14BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)電動汽車中的無刷電機電機及控制器15BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)電動汽車中的無刷電機永磁體永磁體外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷電動機16BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)外轉(zhuǎn)子混合勵磁無刷電機軸內(nèi)定子鐵心外轉(zhuǎn)子鐵心永磁極鐵極勵磁繞組17BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)電動汽車中的無刷電機

電機、控制器和減速箱一體化結(jié)構(gòu)控制器電機減速齒輪18BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)2.無刷直流電動機發(fā)展歷史無刷直流電動機概述19BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機發(fā)展歷史█

有刷直流電動機有刷直流電動機具有良好的起動和調(diào)速性能，但其存在換向器和電刷，導致?lián)Q向火花、電磁干擾、可靠性差、造價高等一系列問題。20BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機發(fā)展歷史█

異步電動機異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格便宜，但其調(diào)速和起動性能不佳。21BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機發(fā)展歷史█

同步電動機同步電動機具有良好的運行性能，但其起動性能不佳。22BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機發(fā)展歷史█

上世紀三十年代，有人提出了用電子換相取代機械換向的無刷直流電動機概念，但當時尚無理想的電子換相器件。23BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機發(fā)展歷史█

1955

年，美國D.

哈利森等人首次發(fā)明了應(yīng)用晶體管代替機械換向器的無刷直流電動機，但當時沒有電機轉(zhuǎn)子位置檢測器件，該電機沒有起動能力。24BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)█

1962年，人們使用霍爾元件來檢測轉(zhuǎn)子位置并控制繞組電流換相，無刷直流電動機達到實用化，但受到晶體管容量的限制，電機容量相對較小。無刷直流電動機發(fā)展歷史25BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機發(fā)展歷史

三大技術(shù)有力推動了永磁無刷直流電動機的快速發(fā)展

█功率半導體器件

█

計算機控制技術(shù)

█高性能稀土永磁材料26BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機發(fā)展歷史█

70

年代以來，隨著新型功率半導體器件（如GTR，MOSFET，IGBT，IPM）相繼出現(xiàn)，計算機控制技術(shù)（單片機、DSP，新的控制理論）的快速發(fā)展，以及高性能稀土永磁材料（如釤鈷、釹鐵硼）的問世，無刷直流電動機得到快速發(fā)展，容量不斷增大，并獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。27BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機概述3.無刷直流電動機的特點28BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分類

█無刷直流電動機分為方波和正弦波電流驅(qū)動。正弦波電流驅(qū)動的無刷電動機名稱比較多，英、美稱為永磁同步電動機（PMSM），或無刷交流電動機（BLACM），日本、歐洲一些國家則稱之為交流伺服電動機（ACServo）”。29BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分類電動機交流電動機直流電動機異步電動機同步電動機無刷直流永磁同步磁滯步進磁阻混合永磁變磁阻單相多相永磁電勵磁永磁開關(guān)磁阻同步磁阻換向式單極式永磁電勵磁串勵并勵復勵多相單相籠型繞線電容式罩極式電阻式電容起動電容運行電容運行30BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分類電動機交流電動機直流電動機異步電動機同步電動機無刷直流永磁同步磁滯步進磁阻混合永磁變磁阻單相多相永磁電勵磁永磁開關(guān)磁阻同步磁阻換向式單極式永磁電勵磁串勵并勵復勵多相單相有刷直流31BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)BearingRotorwindingCommutatorFanPMPolesBrushes32BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)稀土永磁有刷直流電動機NS轉(zhuǎn)樞式33BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)

內(nèi)轉(zhuǎn)子，外定子外轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子無刷直流電動機基本結(jié)構(gòu)XCYANBZNSAXBYCZSN轉(zhuǎn)場式34BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)稀土永磁直流電動機結(jié)構(gòu)比較內(nèi)轉(zhuǎn)子整數(shù)槽無刷直流電動機35BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)稀土永磁直流電動機結(jié)構(gòu)比較內(nèi)轉(zhuǎn)子分數(shù)槽無刷直流電動機36BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)稀土永磁直流電動機結(jié)構(gòu)比較外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稀土永磁無刷直流電動機37BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機定義█

無刷直流電動機無刷直流電動機是指沒有電刷等機械換向裝置，但具有有刷直流電動機（DCM）特性的電動機。38BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷與有刷直流電動機比較

█

無刷直流電動機與有刷直流電動機有相同的運行機理。39BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷與有刷直流電動機比較

█無刷直流電動機與有刷直流電動機有相同的設(shè)計思想和設(shè)計方法。40BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷與有刷直流電動機比較

█

有刷直流電動機磁極磁場與電樞磁場始終處于正交狀態(tài)。41BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷與有刷直流電動機比較NSnFfFa42BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷與有刷直流電動機比較█無刷直流電動機磁極磁場與電樞磁場處在某一變化范圍內(nèi)。如三相無刷直流電動機60°~120°范圍內(nèi)變化。43BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷與有刷直流電動機比較█

相同條件下，無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩脈動比有刷直流電動機大，電磁轉(zhuǎn)矩小。44BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷與有刷直流電動機比較

█

BLDCM用電子換相取代

DCM的機械換向，因而沒有電刷與換向器。45BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷與有刷直流電動機比較

█通常情況下，BLDCM的電樞繞組在定子上，勵磁（永磁體）在轉(zhuǎn)子上，與DCM

中的定轉(zhuǎn)子互換了位置。46BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷與有刷直流電動機比較█

通常

BLDCM帶有轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器，而DCM則不需這種位置檢測裝置。47BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機概述4.無刷直流電動機的特點48BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)

無刷直流電動機主要特點

█

永磁無刷結(jié)構(gòu)

電機免維護，可高速運行，因此可降低電機體積和重量，具有高功率和轉(zhuǎn)矩密度和高效率。49BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機主要特點

█容易實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制

無刷直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩

Tem=KTFfFasinθ

無刷直流電動機具有與直流電動機相似的轉(zhuǎn)矩特性。50BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機主要特點TemTLn電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動方程51BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機主要特點異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩

Tem=CTΦδIacos

一般情況下，F(xiàn)f、Fa非正交，即Φδ、

Ia

之間存在耦合關(guān)系。52BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機主要特點

直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩

Tem=CTΦδIa=CT’

FfFa53BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機主要特點

無刷直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩

Tem=KTFfFasinθ

一般情況下,θ為90o（或平均值為90o），調(diào)節(jié)永磁無刷直流電動機電樞電流（電壓）便可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的控制。54BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機主要特點

█

系統(tǒng)成本相對較低

逆變器方波電流容易實現(xiàn)，控制器結(jié)構(gòu)較簡單；電機可采用整距集中繞組，制造工藝較簡單；轉(zhuǎn)子位置傳感器結(jié)構(gòu)簡單，成本低。55BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)90年代以來永磁材料發(fā)展狀況永磁材料的磁能積釹鐵硼釤鈷鐵氧體56BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)稀土永磁無刷直流電動機特點█

可明顯降低電機重量，減小其體積；█

縮短轉(zhuǎn)子外徑，增加氣隙長度，進而改善了電機的有關(guān)性能；█產(chǎn)生近似矩形波的氣隙磁場，可設(shè)計成方波無刷直流電動機；57BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)稀土永磁無刷直流電動機特點█

抗電樞反應(yīng)去磁能力強，更適合突然反轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)等運行工況；█

退磁曲線線性、可逆，簡化了設(shè)計和分析。58BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)5.無刷直流電動機系統(tǒng)組成無刷直流電動機概述59BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機系統(tǒng)組成█

無刷直流電動機系統(tǒng)組成

1）控制器

2）電機本體

3）霍爾位置傳感器60BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機系統(tǒng)組成直流電源控制器電動機轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出無刷直流電動機系統(tǒng)框圖61BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機系統(tǒng)組成V1－V6ACB控制電路驅(qū)動電路電機霍爾位置傳感器控制器ACB136425S逆變電路三相永磁無刷直流電動機系統(tǒng)圖62BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機系統(tǒng)組成車速保護電路MOS驅(qū)動器IR2130扭矩BLDCM過流保護6路MOSFETTMS320LF2407電流采樣輸出電流CAP捕獲位置信號過壓離合器故障位置信號故障代碼輸出PDPINTCAPSCI6路PWM轉(zhuǎn)速某稀土永磁無刷直流電動機系統(tǒng)框圖63BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機系統(tǒng)組成1）控制器64BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制器控制器的組成

█

開關(guān)主電路

█驅(qū)動電路

█控制電路65BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制器136425

濾波電路緩沖電路逆變電路接整流橋D7C3R3無刷直流電動機開關(guān)主電路66BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制器█

緩沖電路作用

減少開關(guān)管承受的尖峰電壓，使開關(guān)管工作在安全區(qū)域內(nèi)，提高主電路的可靠性。

C3：選用高頻性能好的無感電容

D7：選用快速恢復二極管或選用整體緩沖電路。67BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制器

█

逆變電路

分立功率器件：功率晶體管GTR、功率場效應(yīng)管MOSFET、絕緣柵晶體管

IGBT、可關(guān)斷晶閘管GTO、MCT

功率集成電路：功率開關(guān)管集成塊、智能化功率模塊IPM

68BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制器

█

驅(qū)動電路作用將控制電路的輸出信號進行功率放大，并向各功率開關(guān)管送去能使其飽和導通和可靠關(guān)斷的驅(qū)動信號。

69BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制器█

驅(qū)動電路美國IR公司生產(chǎn)的六路集成驅(qū)動芯片（如IR2130），具有集成度高、速度快、過流欠壓保護、開關(guān)頻率高、價格便宜、調(diào)試方便等優(yōu)點。

70BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制器無刷直流電動機微機控制系統(tǒng)ucupBLDCMRh驅(qū)動電路A／D電流檢測三角波發(fā)生器PWM發(fā)生器電流調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器位置信號處理邏輯控制單元運行狀態(tài)判斷反饋電流綜合速度反饋單元PS71BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制器█控制電路的作用（1）●對轉(zhuǎn)子霍爾位置傳感器輸出的信號、

PWM

調(diào)制信號、正反轉(zhuǎn)和制動信號進行邏輯綜合，給驅(qū)動電路提供相應(yīng)的導通和關(guān)斷信號；

72BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制器█控制電路作用（2）●

產(chǎn)生PWM調(diào)制信號，使電機電壓隨給定轉(zhuǎn)速信號的變化而變化；●

對電機進行速度環(huán)和電流環(huán)的調(diào)節(jié)；●

實現(xiàn)短路、過流和欠壓等故障保護功能。73BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制器控制電路形式

█

分立元件全模擬電路：目前少用█

專用集成控制電路：功能特定

█

數(shù)?；旌峡刂齐娐罚簭V泛采用

█

全數(shù)字控制電路：發(fā)展方向74BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機系統(tǒng)組成2）電機本體75BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機電機本體電機本體構(gòu)成█永磁轉(zhuǎn)子█定子繞組76BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機電機本體█

永磁轉(zhuǎn)子77BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子徑向式切向式永磁體充磁方向SNNSSSSNN隔磁套NNSNNSS隔磁間隙軸軸78BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子稀土磁鋼主磁極實心轉(zhuǎn)子鐵心軸NSNSSNNS

等厚磁極的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)79BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子

切向無間隔等厚磁極的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)軸NSNSSNNS80BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子軸NSNSNNSS

等徑磁極的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)81BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子NSNS00徑向式切向式稀土永磁磁極永磁電機氣隙磁密波形82BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機空載磁場83BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機空載磁場84BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機空載磁場85BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機空載磁場86BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機空載磁場87BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機空載磁場88BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機空載磁場89BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子六極永磁無刷直流電動空載磁場90BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)增磁時的CPPM無刷電機91BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子

1－空載特性曲線

2－負載特性曲線

3－永磁體退磁曲線空載工作點負載工作點磁鋼的空載和負載工作點92BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子磁鋼的低溫和高溫工作點

1－負載特性曲線

2－永磁體低溫退磁曲線

3－永磁體高溫退磁曲線低消耗溫工作點高溫工作點93BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)█定子繞組無刷直流電動機電機本體94BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機繞組型式█

整數(shù)槽分布繞組（q＝整數(shù)）█

分數(shù)槽分布繞組（q＝分數(shù)）█

變壓器式繞組（螺線管式繞組）95BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機整數(shù)槽繞組

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某三相無刷直流電動機，定子槽數(shù)Z＝12，極數(shù)2P＝4，

q＝12/4×3＝1。96BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機整數(shù)槽繞組A1,72,84,103,96,125,11YZBXC

槽電動勢星形圖順接線圈反接線圈A相1,74,10B相3,96,12C相5,112,8三相分相結(jié)果（q=1）97BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機整數(shù)槽繞組單層整距分布繞組展開圖123456789101112ABCXYZNSNS98BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機整數(shù)槽繞組A

相雙層短距分布繞組展開圖NSNS123456789101112NAX99BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)

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某三相無刷直流電機，定子槽數(shù)Z＝15，極數(shù)2P＝4，q＝15/4×3＝5／4。無刷直流電動機分數(shù)槽繞組100BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組

Z=12，2P＝4，q=1

Z＝15，2P＝4，q=5/4齒、極對齊，兩者相吸齒、極錯開，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩整數(shù)槽分數(shù)槽101BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組

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某三相無刷直流電機，定子槽數(shù)Z＝18，極數(shù)2P＝4，q＝18/4×3＝3／2。102BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組192103114125136147158161718順接線圈反接線圈A相1,105,6,14,15B相4,138,9,17,18C相7,162,3,11,12三相分相結(jié)果（q=3/2）ABCXYZ103BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組123456789101112131415161718NSNSNAXA

相繞組展開圖(a=2

)104BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組456789101112131415161718123NSNSNBYB相繞組展開圖(a=2

)105BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組789101112131415161718123456NSNSNCZC相繞組展開圖(a=2

)106BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組

█

某三相無刷直流電機，定子槽數(shù)Z＝15，極數(shù)2P＝4，q＝15/4×3＝5／4。107BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組192103114125136147158AYBCZX順接線圈反接線圈A相1,2,95,13B相4,11,128,15C相3,106,7,14三相分相結(jié)果（q=5/4）槽電動勢星形圖108BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組ANSNS123456789101112131415A相繞組展開圖X順接組線圈:1,2,9反接組線圈:5,13109BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組BYNSNS123456789101112131415B相繞組展開圖順接組線圈:4,11,12反接組線圈:8,15110BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組NSNS123456789101112131415C相繞組展開圖順接組線圈:3,10反接組線圈:6,7,14CZ111BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組NSNS123456789101112131415C相繞組端部的另一接法CZ112BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組

█

某三相無刷直流電機，定子槽數(shù)Z＝27，極數(shù)2P＝6，q＝27/6×3＝3／2。113BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組1,10,192,11,203,12,2122,13,423,14,524,15,625,16,78,17,269,18,27AXBYZC順接線圈反接線圈A相1,10,195,14,236,15,24B相4,13,228,17,269,18,27C相7,16,252,11,203,12,21三相分相結(jié)果（q=3/2）槽電動勢星形圖114BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組123456789101112131415161718192021222324252627NSNSNSAX115BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組456789101112131415161718192021222324252627123NSNSNSBY116BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組789101112131415161718192021222324252627123456SNSNSNCZ117BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組

█

某三相無刷直流電機，定子槽數(shù)Z＝36，極數(shù)2P＝8，q＝36/8×3＝3／2。118BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機分數(shù)槽繞組1,10,192,11,203,12,2122,13,423,14,524,15,625,16,78,17,269,18,27AXBYZC順接線圈反接線圈A相1,10,19,285,6,14,15,23,24,32,33B相4,13,22,318,9,17,18,26,27,35,36C相7,16,25,342,3,11,12,20,21,29,30三相分相結(jié)果（q=3/2）槽電動勢星形圖119BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機變壓器式繞組六槽永磁無刷直流電動機實物照片120BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機變壓器式繞組I、槽數(shù)Z＝3，極數(shù)2P＝2；II、槽數(shù)Z＝6，極數(shù)2P＝4；III、槽數(shù)Z＝9，極數(shù)2P＝6；121BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機變壓器式繞組AXCZBY軸槽數(shù)Z＝3，極數(shù)2P＝2CBAXYZI122BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機變壓器式繞組軸A1X1X2A2Y1B1Z1C1B2Y2C2Z2II槽數(shù)Z＝6，極數(shù)2P＝4123BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機變壓器式繞組1,4,72,5,83,6,9ABC槽電動勢星形圖線圈號A相1,4,7B相2,5,8C相3,6,9三相分相結(jié)果（q=0.5）III124BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機變壓器式繞組123456789A相集中式繞組展開圖（a=3）AXSNNSNS125BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機變壓器式繞組B

相集中式繞組展開圖（a=3）234567891BYSNNSNS126BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機變壓器式繞組C

相集中式繞組展開圖（a=3）345678912CZSNNSNS127BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機系統(tǒng)組成3）霍爾位置傳感器128BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機霍爾位置傳感器█霍爾效應(yīng)

1879年美國霍普金斯大學霍爾（E.H.Hall）發(fā)現(xiàn)，磁場中的導線有電流通過時，其橫向不僅受到力的作用，同時還出現(xiàn)電壓。隨后，人們又發(fā)現(xiàn)，不僅導體，而且半導體也存在霍爾效應(yīng)，而且更明顯。129BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機霍爾位置傳感器控制電流IH霍爾電動勢E磁感應(yīng)強度B霍爾電動勢：130BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機霍爾位置傳感器霍爾集成電路-0.02500.025B/T運算放大器功率放大霍爾元件U0UccGND01234U0

/V開關(guān)型霍爾集成電路特性曲線131BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)█霍爾位置傳感器安裝

霍爾定子安裝

三個霍爾元件安裝在無刷電機的定子方，空間上彼此相差120o電角度分別與無刷電機定子三相繞組首端所在槽中心線對齊。無刷直流電動機霍爾位置傳感器132BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機霍爾位置傳感器█霍爾位置傳感器安裝

霍爾轉(zhuǎn)子安裝

與無刷電機轉(zhuǎn)子同軸安裝，薄磁片與霍爾元件氣隙1mm左右，永磁體軸線與無刷電機轉(zhuǎn)子主磁極軸線垂直。

霍爾轉(zhuǎn)子可直接利用無刷電機的主轉(zhuǎn)子。133BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機霍爾位置傳感器S霍爾元件電磁轉(zhuǎn)矩：CYBZXASNn霍爾磁片134BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機霍爾位置傳感器█霍爾元件位置調(diào)校在大批量生產(chǎn)情況下，可以采用嚴格控制主轉(zhuǎn)子永磁體質(zhì)量的一致性和提高霍爾元件的貼裝精度的措施，從而省去霍爾元件位置調(diào)校工作，達到簡化操作程序、降低制造成本的目的。135BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機霍爾位置傳感器60o240o300o120oPCPB180o360oPAωtωtωt轉(zhuǎn)子位置檢測波形136BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)稀土永磁無刷直流電動機二、無刷電機原理與特性RareEarthPermanentMagnetBrushlessDCMotor，BLDCM137BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機原理與特性1.有刷直流電動機原理2.無刷電機運行原理3.無刷電機基本關(guān)系4.無刷電機基本特性138BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機原理與特性1.有刷直流電動機原理139BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)定、轉(zhuǎn)子磁場正交有刷直流電動機原理fem=Bδliatem=femDa/2Tem=∑temk(k=1toN)＝CTΦδIaea=BδlvEa=∑eak(

k=1toN/2a

)=CeΦδn直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩NSTem,niafemfemfemfem140BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理

直流電動機基本關(guān)系

█

電樞電動勢：Ea=CeΦδn

█

電磁轉(zhuǎn)矩：Tem=CTΦδIa

█

電壓平衡方程式：U－2ΔU＝Ea+IaRa

█

轉(zhuǎn)速特性：141BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理1號線圈換向開始1號線圈正在換向1號線圈換向結(jié)束121212νK321

電刷靜止νK321νK321iaiaiaiaiaia2ia2ia2ia直流電動機的機械換向過程142BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理

1號線圈正在換向

νK321iaia2iai∑e12i1i2iai直流電動機的機械換向過程143BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理換向元件中的電動勢電抗電動勢旋轉(zhuǎn)電動勢144BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理換向元件中的電流直線換向電流附加換向電流145BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理νK321iaiai12iaiRb1Rb2νK321iaiaRb換向過程電刷與換向器的接觸電阻146BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理0.51t/TkRb1+Rb24Rb0換向元件回路串聯(lián)的總電阻147BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理t0ikTk∑e>0∑e<0換向元件中的附加電流148BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理直流電機的直線換向電流Tk0tiTkTk/2-IaIa電流換向時刻換向周期（ms）149BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理直流電機的延遲換向電流t0iTk/2<tc-IaIaTkiLiK150BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理直流電機的延遲換向電流t0itc

<

Tk/2-IaIaTkiLiK151BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理νK321iaiai12iai左刷（后刷）邊出現(xiàn)火花直流電動機的延遲換向152BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理νK321iaiai12iai右刷（前刷）邊出現(xiàn)火花直流電動機的超越換向153BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理換向極NSniaSkekererekBk順著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向看，換向極的極性應(yīng)與主磁極的極性相反。主磁極換向極Nk直流電動機換向極的裝法154BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理直流電動機換向極的裝法SniaSkFaFkN換向極155BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理NSniaSkerekekerBk順著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向看，換向極的極性應(yīng)與主磁極的極性一致。直流發(fā)電機換向極的裝法Nk換向極156BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)有刷直流電動機原理NSnNSn直流電動機直流發(fā)電機直流電機移動電刷位置改善換向157BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機原理與特性2.無刷電機運行原理158BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機運行原理

電機運行原理分析模型FfSCXBFaCYBZANSnidAa)b)定、轉(zhuǎn)子磁場正交CnNZBYAANSXnnc)159BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機運行原理有刷直流電動機NSTem,nCnNZBYAANSXnnc)無刷直流電動機定轉(zhuǎn)子交換位置160BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機運行原理YCXBZAYC

原理分析模型展開圖SNnnSSNSSSNθ=90o永磁磁極θ：磁狀態(tài)角定子繞組等效磁極161BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機原理與特性3.無刷電機基本關(guān)系162BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系█電磁轉(zhuǎn)矩█恒定轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生條件163BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系360o0Bδ,ea,iaiaBδ180o150o30oeaβωtαNSθ1梯形波無刷直流電動機波形圖164BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系三相電動勢、電流波形圖e,i00360o0iA180o150o30oeAiB120o240oeBeCiCωtωtωtA相B相C相165BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系電動勢波形(磁密波形)電流波形相電動勢幅值電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩脈動系數(shù)不同波形的無刷直流電動機ettietitetitetit166BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系

EPS無刷直流電動機的實測波形相電動勢霍爾位置信號167BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系EPS

無刷直流電動機的實測波形相電動勢168BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系EPS

無刷直流電動機的實測波形線電動勢169BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系電流仿真波形電流實測波形EPS

無刷直流電動機的實測波形170BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系三相星形六狀態(tài)三相星形三狀態(tài)相電動勢幅值平均電樞電流空載轉(zhuǎn)速平均電磁轉(zhuǎn)矩171BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系uaucubiaibicRaL-MRaL-MRaL-Meaebec無刷直流電動機的等效電路172BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系█三相（無中線）無刷直流電動機的瞬態(tài)電壓方程

ua、ub、uc—定子相繞組電壓；

R—定子相繞組電阻；

ia、ib、ic—定子相繞組電流；

L—定子相繞組電感；

ea、eb、ec—定子相繞組電動勢；

M—兩相繞組間的互感。173BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系█三相（無中線）無刷直流電動機的狀態(tài)方程174BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系

█無刷直流電動機動態(tài)特性由下列方程來描述175BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本關(guān)系無刷直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖176BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機原理與特性4.無刷電機基本特性177BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本特性

不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機械特性█機械特性：nTem01：普通直流電動機

2：徑向式結(jié)構(gòu)無刷電動機（電感較?。?/p>

3：切向式結(jié)構(gòu)無刷電動機（電感較大）178BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機基本特性1000400030002000246n/(rpm)Tem/(N.m)02864246Tem/(N.m)Ia/(A)0

機械特性轉(zhuǎn)矩特性一臺稀土永磁無刷直流電動機（方波驅(qū)動）的實測特性179BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)稀土永磁無刷直流電動機三、無刷電機控制RareEarthPermanentMagnetBrushlessDCMotor，BLDCM180BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制1.無刷電機正反轉(zhuǎn)2.無刷電機回饋制動3.無刷電機起動與調(diào)速4.無刷電機閉環(huán)控制181BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制1.

無刷電機正反轉(zhuǎn)182BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正反轉(zhuǎn)1）無刷電機正向運行183BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行CXSBFaCYBZAFf三相星形六磁狀態(tài)idNSnθmax=120°AA、B

相繞組通入直流電流id

184BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行CXSBFaCYBZAFfidNSnθmin=60°A電動機正轉(zhuǎn)60o電角度185BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行SCYBZAFaFfXBCASNSnidA、C

相繞組通入直流電流id

186BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行SCYBZAFaFfXBCASNSnid電動機正轉(zhuǎn)60o電角度187BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行SCYBZXAFfFaCBANSnidB、C

相繞組通入直流電流id

188BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行SCYBZXAFfFaCBANSnid電動機正轉(zhuǎn)60o電角度189BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行FfXBCYZABCAFaNSSnidB、A

相繞組通入直流電流id

190BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行FfXBCYZABCAFaNSSnid電動機正轉(zhuǎn)60o電角度191BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行BCASidC、A

相繞組通入直流電流id

FfXBCYZAFaNSn192BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行BCASidFfXBCYZAFaNSn電動機正轉(zhuǎn)60o電角度193BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行XBCAZFaFfYBCANSSnidC、B

相繞組通入直流電流id

194BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行XBCAZFaFfYBCANSSnid電動機正轉(zhuǎn)60o電角度195BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行CXSBFaCYBZAFfidNSnAA、B

相繞組通入直流電流id

196BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正向運行

逆變器功率管驅(qū)動信號

V3300o180o180oV1V4V6120o240o60o60o360o120o240o300o360oV2V6V5ωtωtωtωtωtωt

三相電流波形

120o240o300o180o240o360oiCiBiAωtωtωt60o60o120o300o180o360oABACBCBAACCBBA197BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正反轉(zhuǎn)注：紅色字體電壓表示霍爾元件輸出高電平信號；

藍色字體電壓表示霍爾元件輸出低電平信號。霍爾元件信號電機正轉(zhuǎn)電機反轉(zhuǎn)導通繞組導通管子導通繞組導通管子ukAukB

ukCABV1V6ACV1V2ukAukB

ukCACV1V2ABV1V6ukAukBukCBCV3V2CBV5V6ukAuKBukCBAV3V4CAV5V4ukA

uKBukCCAV5V4BAV3V4ukA

uKBukCCBV5V6BCV3V2198BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機反向運行反向運行時的三相電流波形120o300o180o240o360oiBiAωtωt60o180o360o240oiCωt60o120o300o199BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機正反轉(zhuǎn)2）無刷電機反向運行200BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機反向運行AFaSCYBZXFfNSnA

、C相繞組通入直流電流id

CBidA201BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機反向運行電動機反轉(zhuǎn)60o電角度FfAFaSCYBZXNSnCBidA202BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機反向運行FfAFaSCYBZNSnCBidAA

、B相繞組通入直流電流id

203BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機反向運行AFaSCYBZNSnCBidA電動機反轉(zhuǎn)60o電角度Ff204BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制2.無刷電機回饋制動

205BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機回饋制動正向制動時電磁轉(zhuǎn)矩的方向

正向電動運行正向回饋制動TemTem,nnTLTL206BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機回饋制動█

回饋制動原理

只要改變同一磁極下電樞電流的方向，就可改變電動機電磁轉(zhuǎn)矩的方向（fem=Bδlia），產(chǎn)生制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，電機進入正向制動（回饋發(fā)電）狀態(tài)，將機械動能轉(zhuǎn)換為電能消耗在直流環(huán)的電阻Rh（或?qū)﹄姵爻潆姡?07BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機回饋制動CBididBCAAABBA改變同一磁極下電樞電流的方向208BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機回饋制動█回饋制動方法

改變同一磁極下電樞電流的方向，只須把同一橋臂上下兩個功率管的導通時刻互換即可。如正向電動時V1導通的時刻由V4來代替，V6導通的時刻由V3來代替，電動機就會產(chǎn)生正向制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。209BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機回饋制動CSBXFaCYBZAFfNSnid正向制動前電機處于正向電動狀態(tài)210BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機回饋制動idBCASXFaCYBZAFfNSn正向制動時電樞磁動勢改變方向211BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機回饋制動正向電動狀態(tài)回饋制動XFaCYBZAFfNSnXFaCYBZAFfNSn212BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制正向電動反向電動正向回饋運行正向回饋過程反向回饋1234Temn213BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制

3.無刷電機起動與調(diào)速214BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機起動與調(diào)速

1）

無刷電機起動215BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)█無刷直流電動機起動無刷直流電動機起動

同樣，無刷直流電動機全壓起動時起動電流也很大，這是主電路功率開關(guān)管和電機所不允許的。通常采用降壓起動，以限制起動電流。216BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機起動與調(diào)速

2）

無刷電機調(diào)速217BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機調(diào)速電動汽車要求的驅(qū)動電機機械特性恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒功率調(diào)速218BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機調(diào)速調(diào)速方法

█

降壓調(diào)速

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弱磁調(diào)速219BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機降壓調(diào)速ωtupuωt電流調(diào)節(jié)器輸出信號三角波發(fā)生器輸出信號PWM發(fā)生器輸出信號PWM信號產(chǎn)生原理uruc220BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速調(diào)速方法

█

控制方法

█

結(jié)構(gòu)方法221BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速█控制方法

即改變逆變器開關(guān)元件的觸發(fā)角，使定子電流的相位提前，產(chǎn)生一個去磁的電樞磁動勢，削弱永磁磁場。█加弱磁線圈即在電機定子鐵芯中加入弱磁線圈，通入直流電流，產(chǎn)生一個軸向附加磁場，根據(jù)電流方向不同，可以削弱（或增加）永磁磁場。222BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速

█

控制方法223BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速

Fad=0，無去磁作用FδFa=FaqCYBZAFfNSn

θ=90o224BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速

Fad的最大去磁作用FaqFadFδFaCYBZAFfNSn

θ=120o90o<θ<120o225BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機增磁調(diào)速Fad的最大增磁作用FadFδFaqFaCYBZAFfNSn

θ=60o226BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速e,i00360o0iA180o150o30oeAiB150o270oeBeCiCωtωtωtα電流超前電動勢相位角α227BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速1200

1600

20002400n/(r?min-1)Tem(N.m)204060801201401600α=45oα=40oα=30oα=0不同相位角α時無刷電機機械特性228BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速█

增大電流超前角α可顯著提高電動機的調(diào)速范圍；█

α的增大意味著電動機直軸去磁電流的增大，直軸電樞反應(yīng)去磁增大，從而實現(xiàn)電動機的弱磁；█

α的增大將導致電動機轉(zhuǎn)矩紋波增大，這些脈動轉(zhuǎn)矩頻率較高，對電機運行影響不大；同時也將導致電樞電流的增大，電機溫升有所提高。229BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速

█

結(jié)構(gòu)方法230BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速

混合勵磁無刷直流電動機內(nèi)定子鐵心外轉(zhuǎn)子鐵心永磁極鐵極勵磁繞組231BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速

混合勵磁無刷直流電動機樣機232BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速

混合勵磁無刷電機增磁原理永磁磁通勵磁磁通合成磁通233BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速永磁磁通勵磁磁通合成磁通

混合勵磁無刷電機弱磁原理234BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速

勵磁磁通的去磁作用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180o空間電角度S

N勵磁磁通感應(yīng)極N勵磁電流S

235BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速勵磁磁通的增磁作用（改變勵磁電流的方向）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180o空間電角度S

SNN236BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機弱磁調(diào)速樣機的輸出電壓波形調(diào)節(jié)CPPM電機氣隙磁通，可使電壓有效值改變超過±30％。A：23.46VB：18.13VC：11.52V237BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機控制4、無刷電機閉環(huán)控制238BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機閉環(huán)控制+∑|iA||iB||iC|÷2PIPWMPS+A+B+C-A-B-C_I*REFIFiAiBiC邏輯變換無刷直流電動機控制框圖239BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機閉環(huán)控制█

三相繞組電流經(jīng)絕對值處理后相加再除以2

得到反饋電流IF

，這一電流代表了電機的等效電樞電流；240BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機閉環(huán)控制█

無刷電機三相繞組的通電次序由轉(zhuǎn)子位置傳感器PS的三個信號決定，對該信進行邏輯處理后得到三相逆變橋六個開關(guān)器件的驅(qū)動信號；241BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機閉環(huán)控制█

給定信號I＊REF

與反饋電流IF

相比較，由PI調(diào)節(jié)器輸出來調(diào)節(jié)

PWM

波的寬度；當IF<I＊REF

時，調(diào)節(jié)器使PWM

脈沖變寬；當IF>I＊REF

時，使PWM脈沖變窄。242BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機變結(jié)構(gòu)控制█

同步電動機的特點穩(wěn)速精度高，可開環(huán)控制█無刷直流電動機的特點起動和調(diào)速性能好243BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機變結(jié)構(gòu)控制

綜合兩者的優(yōu)點，在同一控制線路中實現(xiàn)電機的兩種運行方式，即電機處于起動或調(diào)速過程時，采用無刷直流電動機運行模式，一旦電機的轉(zhuǎn)速到了給定值附近時，馬上進入同步電動機模式。244BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機變結(jié)構(gòu)控制█

這種系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)不變，所不同的是系統(tǒng)的控制軟件。電機同步運行時，CPU只需按一定的頻率控制電機的換向；一旦失步，電機馬上進入無刷直流電動機運行，并重新將其牽入同步。245BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)無刷直流電動機變結(jié)構(gòu)控制轉(zhuǎn)速給定

無刷直流電動機運行模式同步電動機運行模式轉(zhuǎn)速檢測轉(zhuǎn)速反饋

+_轉(zhuǎn)速246BLDC電動機本體設(shè)計及控制原理(詳細版)稀土永磁無刷直流電動機RareEarthPermanentMagnetBrushlessDCMotor，BLDCM