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1、五相无刷直流电动机的建模与仿真一粒沙的天空制作直流电动机因具有良好的调速特性、较宽的调速范围以及简单的调速方式曾被广泛用于高性能的调速系统中。但由于存在电刷和机械式换向器，不可避免地存在换向火花、机械噪音、可维护性差以及速度和功率定额受限等缺点，从而限制了其应用范围。无刷直流电机(BrushlcssDirectCurrentMotor-BLDCM)是以电子换向器代替传统的机械换向器，并且随着电力电子器件迅速发展而成熟起来的机电一体化电机产品。无刷直流电机因没有电刷而小需要定期维护，具有较高的可靠性，并且没有机械换向装置使之具有较高的转速和优良的调速性能。因而被越来越多地应用于高性能的伺服
2、系统和家用电器中，如数控机床、高档洗衣机以及变频空调等等。本文根据五相无刷直流电机的特性，给出了其数学模型，建立了五相无刷直流电动机的模型并进行仿真实验。1基本结构无刷直流电动机由电动机本体、电子开关电路和转子位置传感器三部分组成，其系统构成如图1所示，其中直流电源通过开关电路向电动机定子绕组供电，位置传感器检测电动机的转子位置，并提供信号控制开关电路中的功率开关器件，使之按照一定的规律导通和关断，从而控制电机的转动。图1无刷直流电动机的系统构成———————————————————————————————————————————————2主电路结构五相无刷直流电动机的主电路结构如图2所
3、示。其中电机定子绕组采用五相对称星形接法，由电子式逆变器供电，转子是由永磁材料制成的具有一定极数的永磁体。一粒沙的天空制作图2五相无刷直流电动机的主电路结构3数学模型为简化问题，同时又不影响数学模型的精度，常作如下假设：1）定子内壁、转子外表面光滑，不计齿槽效应；2）气隙磁通密度按正弦规律分布，不计空间高次谐波；3）铁芯磁路为线性，不计磁饱和效应。根据BLDCM的特性，可建立其电压平衡方程、转矩平衡方程和转子运动方程。3.1电压平衡方程本文讨论的是三相导通五相星形十状态的无刷直流电动机。其电压平衡方程如下：u?Ri?Lpi?e（1）T其中，u=[uaubucudue]是定子相绕组电压向量
4、；i?[iaibicidie]T是定子相绕组电流向量；e?[eaebecedee]T是定子相绕组感应电动势向量；R?diag(R,R,R,R,R)是定子相绕组电阻对角矩阵；?LM1M2M1M1?———————————————————————————————————————————————?MLMMM?111??1L??M1M1LM1M1?是定子相绕组电感矩阵，L为定子绕组自感，??MMMLM211??1?MMMML?221?1?M1为相邻绕组间互感，M2为相对绕组间互感，L,M1,M2均为常数；dp?是微分算子。dtpi??L?1Ri?L?1(u?e)?L?1(u?Ri?e)（2）式(1
5、)可以写成状态方程的标准形式：一粒沙的天空制作3.2转矩平衡方程d??T?T?J?R??emL??dt????p??d?0?dt?（3）其中，J为转动部分转动惯量，R?为机械阻尼系数，?为转子机械角速度，?为转子电角速度，?为转子位置角，p0为电机极对数，TL为负载转矩，电磁转矩Tem———————————————————————————————————————————————?Pem??p0?T其中P?ei?ei?ei?ei?ei?ei为eTi，emaabbccddee电磁功率。R??是机械损耗，相对来说一般很小，可忽略。3.3转子运动方程n?60?60??2?2?p0（4）式中，n为
6、电机转速。4运行状态分析对于三相导通五相星形十状态的无刷直流电动机,每隔36电角度就换相1次,在一个周期内共有10个通电状态,每个状态都是三相导通,其它两相不导通。由于每个开关元件在1个周期内的导通角均为108电角度,故其属于108导通型逆变器。表1是其导通顺序表,表明了绕组相序与开关元件的导通关系,其中“+”表示电流流进绕组，“-”表示电流流出绕组，“0”表示不导通。表110状态导通顺序表（108导通型逆变器）———————————————————————————————————————————————设s为定子绕组合成磁动势,FN为转子永磁体磁动势,由图3所示的磁动势矢量图可以看出,
7、当永磁体位于图3(a)所示的状态1的起始位置时,通过转子位E两相正向通电,C相反向通电,B、D两相不通电，Fs和FN置传感器的控制,A、一粒沙的天空制作相互作用,使转子逆时针旋转。当转子逆时针旋转36到达终止位置时,开始进入状态2的通电状态,此时A相继续正向通电,而C、D两相相反向通电,B、D两相不通电，如图3(b)所示。Fs和FN相互作用,使转子继续逆时针旋转。如此10种状态循环往复。起始Fs(a)状态1（A、C、E相导通）（b）
