無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行原理與基本控制方法

1、1,主 要 內(nèi) 容,一、幾個(gè)術(shù)語(yǔ)解釋（極對(duì)數(shù)、相數(shù)、電角度、電角頻率、相電壓、線電壓、反電動(dòng)勢(shì)） 二、無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理 （運(yùn)行原理、數(shù)學(xué)模型） 三、無(wú)刷直流電機(jī)的基本控制方法 （各參數(shù)相互關(guān)系、換流過(guò)程與換流模式） 四、車用無(wú)刷直流電機(jī)及其控制系統(tǒng) （基本控制、弱磁控制）,2,2,幾個(gè)術(shù)語(yǔ)解釋,極對(duì)數(shù)（ ）：電機(jī)轉(zhuǎn)子中N-S極的對(duì)數(shù)，2，3，4， 相數(shù)（ ）：電機(jī)繞組個(gè)數(shù)，3，6，12， 電角度（ ）/機(jī)械角度（ ）： 電角頻率（ ）/機(jī)械角頻率（ ）： 電角頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速（ ）： 極（2p）槽（Z）配合：Z/2p 相電壓：電機(jī)相繞組對(duì)電機(jī)中性點(diǎn)電壓 線電壓：電機(jī)兩相繞組之間電壓 反電動(dòng)

2、勢(shì)：電機(jī)到拖時(shí)某一轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)電機(jī)線電壓峰值,3,3,幾個(gè)術(shù)語(yǔ)解釋,4,4,無(wú)刷直流電機(jī)的組成,無(wú)刷直流電機(jī)組成部分：電機(jī)本體、位置傳感器、電子開(kāi)關(guān)線路； 電機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電動(dòng)機(jī)相似； 電子開(kāi)關(guān)線路由功率邏輯開(kāi)關(guān)單元和位置傳感器信號(hào)處理單元兩部分組成； 電子開(kāi)關(guān)線路導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，起機(jī)械換向器的換向作用。,5,5,120度導(dǎo)通時(shí)轉(zhuǎn)子位置與電流換相關(guān)系,a) 0度（換相前） b) 0度（換相后） c) 60度（換相前） d) 60度（換相后） e) 120度（換相前） f) 120度（換相后）,6,6,HALL狀態(tài)與PWM、三相反電勢(shì)和三相相電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系,無(wú)刷直流電機(jī)的電流

3、和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)具有以下特點(diǎn)： （1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為三相對(duì)稱的梯形波，其波頂寬為 （2）電流為三相對(duì)稱的方波； （3）梯形波反電勢(shì)與方波電流在相位上嚴(yán)格同步。,7,7,無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,采用理想化的直流無(wú)刷電機(jī)用狀態(tài)方程表示的數(shù)學(xué)模型，電流為理想的方波，反電勢(shì)為理想的梯形波，并作如下假設(shè)： （1）不計(jì)磁路飽和； （2）電機(jī)渦流損耗和磁滯損耗； （3）忽略定子電流的電樞反應(yīng)； （4）定子繞組采用Y形接法。,無(wú)刷直流電機(jī)的等效電路,8,8,無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,9,9,無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,在任何時(shí)刻，定子上只有兩相同時(shí)導(dǎo)通，且導(dǎo)通相的定子電流幅值保持不變：,稱為轉(zhuǎn)矩系數(shù),10,10,無(wú)刷直流

4、電機(jī)的電路模型,逆變器永磁無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)示意圖,為直流電源（V）；,為中間直流回路支撐（濾波）電容（F）；,為6個(gè)功率開(kāi)關(guān)管；,為6個(gè)續(xù)流二極管；,采用120的兩兩導(dǎo)通方式，對(duì) 分別在各自120導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)根據(jù)不同的調(diào)制方式進(jìn)行PWM調(diào)制。,11,11,無(wú)刷直流電機(jī)的相電流分析,12,12,無(wú)刷直流電機(jī)的換相電流,13,13,無(wú)刷直流電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì),14,14,無(wú)刷直流電機(jī)的換流模式,（1） pwm-on型調(diào)制方式 （2）on-pwm型調(diào)制方式,15,15,無(wú)刷直流電機(jī)的換流模式,（3）H_on-L_pwm型調(diào)制方式 （4）H_pwm-L_on型調(diào)制方式,16,16,無(wú)刷直流電機(jī)的換流模式,（5）

5、L_pwm-H_pwm型調(diào)制方式 （6）on-on型調(diào)制方式,17,17,無(wú)刷直流電機(jī)的仿真結(jié)果,（1）pwm-on型調(diào)制方式 （2）on-pwm型調(diào)制方式,18,18,無(wú)刷直流電機(jī)的換流模式,（3）H_on-L_pwm型調(diào)制方式 （4）H_pwm-L_on型調(diào)制方式,19,19,無(wú)刷直流電機(jī)的換流模式,（5）L_on-H_pwm型調(diào)制方式,20,20,無(wú)刷直流電機(jī)的換流模式,（1）采用pwm-on方式時(shí)，下橋換相和上橋換相的換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相等，且最??；非換向相電流脈動(dòng)也是最小的； （2）采用on-pwm方式時(shí)，下橋和上橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相等且比pwm-on方式大，非換向相電流脈動(dòng)也比pwm-on方

6、式時(shí)大。 （3）采用H_pwm-L_on方式時(shí)，下橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向相電流脈動(dòng)大且與on-pwm方式時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)相等，上橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向相電流脈動(dòng)小且與pwm-on方式時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)相等。 （4）采用H_on-L_pwm方式時(shí)，下橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向相電流脈動(dòng)小且與pwm-on方式時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)相等，上橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向相電流脈動(dòng)大且與on-pwm方式時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)相等。 （5）采用H_pwm-L_pwm方式時(shí)，換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最大且非換向相電流脈動(dòng)也最大。,21,21,無(wú)刷直流電機(jī)的電路模型,22,22,單側(cè)調(diào)制下橋臂換向過(guò)程分析,T1、T2同時(shí)

7、導(dǎo)通,T1關(guān)斷、T2導(dǎo)通,23,單側(cè)調(diào)制上橋臂換向過(guò)程分析,T2、T3同時(shí)導(dǎo)通,T3關(guān)斷、T2導(dǎo)通,24,雙側(cè)調(diào)制下橋臂換向過(guò)程分析,T1、T2同時(shí)導(dǎo)通,T1、T2同時(shí)關(guān)斷,25,雙側(cè)調(diào)制上橋臂換向過(guò)程分析,T2、T3同時(shí)導(dǎo)通,T2、T3同時(shí)關(guān)斷,26,功率管開(kāi)通，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相同； 功率管關(guān)斷，單側(cè)調(diào)制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大于雙側(cè)調(diào)制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)； 單側(cè)調(diào)制存在相見(jiàn)續(xù)流現(xiàn)象，換相時(shí)間長(zhǎng)； 雙側(cè)調(diào)制引入直流母線電壓到續(xù)流回路，產(chǎn)生反電壓，換相時(shí)間短； 單側(cè)調(diào)制較雙側(cè)調(diào)制損耗小。,不同調(diào)制方式的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對(duì)比分析,27,無(wú)刷直流電機(jī)的相電流分析,28,28,無(wú)刷直流電機(jī)的相電流分析,29,29,無(wú)刷直流電機(jī)的相電流分

8、析,30,30,無(wú)刷直流電機(jī)的相電流分析,31,31,無(wú)刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制,升壓斬波器原理,32,32,無(wú)刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制,33,33,無(wú)刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制,T4開(kāi)通時(shí)電流流向 T4關(guān)斷時(shí)的電流流向,34,34,無(wú)刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制,T6開(kāi)通時(shí)電流流向 T6關(guān)斷時(shí)的電流流向,35,35,無(wú)刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制,36,36,無(wú)刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制,T3、T4關(guān)斷時(shí)電流流向 T4、T5導(dǎo)通時(shí)的電流流向,37,37,無(wú)刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制,T4、T5關(guān)斷時(shí)電流流向（iB0）T4、T5關(guān)斷時(shí)的電流流向（iB=0）,38,38,無(wú)刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制,T3、T4關(guān)斷時(shí)電流流向 T4、T5導(dǎo)通時(shí)的電流流向,39,39,無(wú)刷直流電機(jī)的制動(dòng)相電流分析,40,40,無(wú)刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng),電流閉環(huán)控制結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結(jié)構(gòu),41,41,無(wú)刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng),轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結(jié)構(gòu) 依據(jù)轉(zhuǎn)速控制弱磁角度,轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結(jié)構(gòu) 依據(jù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制弱磁角度,42,42