無刷直流電機

無刷直流電動機課程：控制電機2013.05.08一、問題的提出直流電動機雖然具有優(yōu)良的調(diào)速和起動特性，但由于存在電刷和換向器，需要經(jīng)常性維護，并且會產(chǎn)生火花和電磁干擾，限制了它的應(yīng)用范圍。近年發(fā)展起來的無刷直流電動機就是為了克服換向器和電刷的滑動接觸而發(fā)展起來的新型直流電動機。有刷直流電動機工作原理無刷直流電動機系統(tǒng)圖1.1無刷直流電動機系統(tǒng)1.1.1基本組成無刷直流電機構(gòu)成框圖

電樞靜止，磁極旋轉(zhuǎn)，且磁極為永久磁鐵。電樞繞組中電流的換向是借助于轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)線路來實現(xiàn)的，所以，無刷直流電動機一般都是由電動機、位置傳感器、控制器和電子開關(guān)線路四部分組成。無刷直流電動機結(jié)構(gòu)

(a)結(jié)構(gòu)示意圖

(b)定轉(zhuǎn)子實際結(jié)構(gòu)

1.電動機本體

表面式磁極

嵌入式磁極

環(huán)形磁極

內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式

實際電機

結(jié)構(gòu)示意圖

外轉(zhuǎn)子無刷直流電動機

2.逆變器b)四相半橋主電路

a)三相半橋主電路1)非橋式（半橋式）——半控型2.逆變器2)橋式——全控型c)星形聯(lián)結(jié)三相橋式主電路2.逆變器d)三角形聯(lián)結(jié)三相橋式主電路

2)橋式——全控型2.逆變器2)橋式——全控型e)正交兩相全控型主電路2.逆變器2)橋式——全控型f)封閉形聯(lián)結(jié)四相橋式主電路主電路選擇原則繞組利用率：三相繞組優(yōu)于四相、五相繞組轉(zhuǎn)矩脈動：相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩脈動越小電路成本：相數(shù)越多，電路成本越高星形聯(lián)接三相橋式主電路應(yīng)用最多3.位置檢測器位置檢測器有位置傳感器檢測無位置傳感器檢測磁敏式光電式電磁式接近開關(guān)式反電動勢檢測續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測定子三次諧波檢測瞬時電壓方程法轉(zhuǎn)子位置傳感器(1)磁敏式位置傳感器—霍爾元件1、三個霍爾元件在空間依次相差120o電角度2、傳感器磁極與轉(zhuǎn)子磁極同軸旋轉(zhuǎn)、極數(shù)相等、極性相對應(yīng)外形 電路原理 開關(guān)特性霍爾集成電路(2)電磁式位置傳感器高頻勵磁輸入輸出繞組轉(zhuǎn)子磁心定子磁心(3)光電式位置傳感器遮光盤4.控制器控制器模擬控制系統(tǒng)

數(shù)字控制系統(tǒng)

分立元件加少量集成電路構(gòu)成的模擬控制系統(tǒng)

基于專用集成電路的控制系統(tǒng)

數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)

全數(shù)字控制系統(tǒng)

控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心

永磁無刷直流電機系統(tǒng)圖1.1.2基本工作原理

V1V6導(dǎo)通 V1V2導(dǎo)通轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60o，逆變器開關(guān)管換流一次、定子磁狀態(tài)改變一次，電機有6個磁狀態(tài)，三相各導(dǎo)通120o?！獌上鄬?dǎo)通三相六狀態(tài)三相六狀態(tài)繞組與開關(guān)管導(dǎo)通順序表1.機械特性機械特性曲線調(diào)節(jié)特性曲線1.1.3、無刷直流電動機的運行特性1.有位置傳感器控制轉(zhuǎn)子位置傳感器替代了電刷，電子換向電路替代了機械式換向器。因此，電子控制系統(tǒng)是永磁無刷直流電機不可缺少的組成部分。1.1.4、控制方法單片機控制永磁無刷直流電動機原理圖

1.速度控制通過脈寬調(diào)制（PWM）方法改變電壓大小實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。2.正、反轉(zhuǎn)控制有刷電機：改變勵磁磁場的極性或電樞電壓的極性。無刷電機：原理相同，但因功率管的單向?qū)щ娦?，不能靠簡單地改變電源電壓極性使電機反轉(zhuǎn)，而是通過改變繞組的通電順序來改變電機轉(zhuǎn)向。A.有兩套位置傳感器要改變繞組的通電順序，就要切換位置傳感器的輸出信號。(a)順時針方向旋轉(zhuǎn) (b)逆時針方向旋轉(zhuǎn)順時針方向旋轉(zhuǎn)時，Wa,Wb,Wc輸出信號；逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，W’a,W’b,W’c輸出信號。

正反轉(zhuǎn)控制邏輯圖B.一套位置傳感器正：A相導(dǎo)通反：C相導(dǎo)通正：C相導(dǎo)通反：B相導(dǎo)通正：B相導(dǎo)通反：A相導(dǎo)通1H1H1H2H2H2H3H3H3H二相導(dǎo)通方式傳感器信號與功率管開關(guān)導(dǎo)通邏輯關(guān)系正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)H1H2H3導(dǎo)通管H1H2H3導(dǎo)通管101V1V2101V4V5100V2V3001V3V4110V3V4011V2V3010V4V5010V1V2011V5V6110V6V1001V6V1100V5V62.無位置傳感器控制

無位置傳感器控制是指無機械式位