BLDC永磁电机及其控制原理

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1、第三讲永磁无刷直流电机PMBLDCMpermanentmagetbrushlessDCmotorò1.概述–永磁有刷直流电机与传统他励直流电机特性类似–永磁无刷直流电机用电子换向器取代机械换向器–永磁体励磁不可调节–结构更加简单、维护方便、起动性能和调速性能优–功率密度高，体积小，广泛用于传动系统–机电一体化第二讲永磁无刷直流电机ò1.电机结构第二讲永磁无刷直流电机ò2.转子磁极结构第二讲永磁无刷直流电机ò2.转子磁极结构第二讲永磁无刷直流电机ò3.工作原理第二讲永磁无刷直流电机ò3.工作原理第二讲永磁无刷直流电机ò3.工

2、作原理第二讲永磁无刷直流电机ò3.工作原理第二讲永磁无刷直流电机ò3.工作原理第二讲永磁无刷直流电机ò4.逆变器拓扑结构第二讲永磁无刷直流电机ò5.位置传感器–霍尔传感器第二讲永磁无刷直流电机ò5.位置传感器–光电传感器第二讲永磁无刷直流电机ò5.位置传感器–电磁式位置传感器第二讲永磁无刷直流电机ò6.永磁无刷电机的稳态计算第二讲永磁无刷直流电机ò6.永磁无刷电机的稳态计算第二讲永磁无刷直流电机ò6.永磁无刷电机的稳态计算第二讲永磁无刷直流电机ò6.永磁无刷电机的稳态计算第二讲永磁无刷直流电机ò6.永磁无刷电机的稳态计算第

3、二讲永磁无刷直流电机ò6.永磁无刷电机的稳态计算第二讲永磁无刷直流电机ò6.永磁无刷电机的稳态计算第二讲永磁无刷直流电机ò7.永磁无刷直流电动机主要波形第二讲永磁无刷直流电机ò8.电机的暂态数学模型–由于稀土永磁无刷直流电动机的气隙磁场、反电势以及电流是非正弦的，因此不能采用直、交铀坐标变换的分析方法。通常，直接利用电动机本身的相变量来建立数学模型。第二讲永磁无刷直流电机ò8.电机的暂态数学模型–假设不计磁路饱和，不计涡流和磁滞，三相对称，则其电压方程为：⎡ua⎤⎡R00⎤⎡ia⎤⎡LMM⎤⎡ia⎤⎡ea⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥

4、⎢⎥⎢⎥u=0R0i+MLMpi+e⎢b⎥⎢⎥⎢b⎥⎢⎥⎢b⎥⎢b⎥⎢u⎥⎢00R⎥⎢i⎥⎢MML⎥⎢i⎥⎢e⎥⎣c⎦⎣⎦⎣c⎦⎣⎦⎣c⎦⎣c⎦两相相绕微分相感定子、定子相电相电绕组组自算子应电压压互感感势第二讲永磁无刷直流电机ò8.电机的暂态数学模型–上述模型中，电流为三相对称方波、电势为梯形波.–对于表面式电机，转子磁阻不随转子位置变化，因此自感和互感为常数第二讲永磁无刷直流电机ò8.电机的暂态数学模型–当三相绕组Y接，且没有中线，则：i+i+i=,0并且：Mi+Mi=−Mi代入模型，有:abcbca⎡ua⎤⎡R00⎤

5、⎡ia⎤⎡L−M00⎤⎡ia⎤⎡ea⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥u=0R0i+0L−M0pi+e⎢b⎥⎢⎥⎢b⎥⎢⎥⎢b⎥⎢b⎥⎢u⎥⎢00R⎥⎢i⎥⎢00L−M⎥⎢i⎥⎢e⎥⎣c⎦⎣⎦⎣c⎦⎣⎦⎣c⎦⎣c⎦1电磁转矩为：T=(ei+ei+ie)aabbccω第二讲永磁无刷直流电机ò8.电机的暂态数学模型电磁功率为：P=(ei+ei+ie)eaabbccdΩ转子运动方程为：T−T=JeLdt第二讲永磁无刷直流电机ò8.电机的暂态数学模型–根据电压方程可以建立等效电路模型：⎡ua⎤⎡R00⎤⎡ia⎤⎡L−M00⎤⎡ia⎤⎡ea

6、⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥u=0R0i+0L−M0pi+e⎢b⎥⎢⎥⎢b⎥⎢⎥⎢b⎥⎢b⎥⎢u⎥⎢00R⎥⎢i⎥⎢00L−M⎥⎢i⎥⎢e⎥⎣c⎦⎣⎦⎣c⎦⎣⎦⎣c⎦⎣c⎦第二讲永磁无刷直流电机ò8.电机的暂态数学模型–根据电压方程还常写成状态方程的形式：⎡ua⎤⎡R00⎤⎡ia⎤⎡L−M00⎤⎡ia⎤⎡ea⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥u=0R0i+0L−M0pi+e⎢b⎥⎢⎥⎢b⎥⎢⎥⎢b⎥⎢b⎥⎢u⎥⎢00R⎥⎢i⎥⎢00L−M⎥⎢i⎥⎢e⎥⎣c⎦⎣⎦⎣c⎦⎣⎦⎣c⎦⎣c⎦⎡1⎤00⎢⎥⎡ia⎤⎢L−M⎥⎧⎡ua⎤⎡R00

7、⎤⎡ia⎤⎡ea⎤⎫⎢⎥1⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎪p⎢ib⎥=⎢00⎥*⎨⎢ub⎥−⎢0R0⎥⎢ib⎥−⎢eb⎥⎬⎢⎥⎢L−M⎥⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎪⎣ic⎦⎢1⎥⎩⎣uc⎦⎢⎣00R⎥⎦⎣ic⎦⎣ec⎦⎭00⎢⎣L−M⎥⎦第二讲永磁无刷直流电机ò9.永磁无刷电机的电枢反应–A、B相通电时产生电枢磁场Fa–转子磁场Fm在60度范围内不换相–Fa分解为d、q轴磁场–当转子磁场在B方向时去磁最大–当转子磁场在X方向时助磁最大–当转子磁场在BX中间位置时无去助磁因此在一个60度的磁状态内，电枢磁场从最大去磁逐渐减小到30度处的不去磁不助磁

8、，然后逐渐增大到最大助磁状态后，换相、进入新的一个磁状态第二讲永磁无刷直流电机ò9.永磁无刷电机的电枢反应0F=Fsin30=5.0F助磁或去磁的最大值：adaaF=INkaaWq轴电枢反应使得主磁场波形畸变：对于径向充磁的转子，由于q轴磁阻大，q轴磁场引起的畸变较小对于切向充磁的转子，由于q轴磁阻小，