永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究-答辩PPT.ppt

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1、永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究答辩人:孙晓霞指导老师:吴建华教授主要内容发展状况和优点控制系统的设计数学模型和仿真模型本体设计程序结果分析绕组电感的解析计算,及三相六状态下两两接通方式下的星形接法和三角形接法下的相电流波形一发展状况1955年，美国D·Harrison等人首次申请了应用晶体管换向代替电动机机械换向器换向的专利，这就是现代直流无刷电动机的雏形。1978年,MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出,是电子换向的永磁无刷直流电动机真正进入实用阶段.20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动

2、控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，永磁无刷直流电动机得到了长足的发展。二优点运行效率高无励磁损耗调速性能好结构简单运行可靠维护方便….三结构及运行原理图1永磁无刷直流电动机的结构原理图图2永磁无刷直流电动机的原理框图直流电源功率开关永磁电机位置传感器位置信号处理四控制系统的建立整个控制系统是实现永磁无刷直流电动机的稳定运行的核心环节.主要包括开关主电路（逆变器）、驱动电路和控制电路。本文设计了以MicrochipTechnology公司的PIC16F877A为核心部件的控制系统。系统总体硬

3、件框图如下图。PIC16F877A永磁无刷直流电动机转子位置检测及转速计算隔离驱动电路MOSFET功率主电路过流欠压保护电路（IR2130）表1构成硬件电路的主要元器件器件名用途数量PIC16F877A接受输入，产生PWM波，与上位机通讯1ATF16V8B组成解码器。输入为3相位置信号、正反、停机、PWM、保护信号；输出为6只MOSFET的导通信号16N137逻辑门输出光电耦合器，将驱动信号和主电路信号隔离6IR2130组成过流欠压保护电路1稳压电源提供+5V、+15V直流电压1IR540NMOSFET，组

4、成功率主电路6五数学模型为了简化分析，做出以下假设：钕铁硼永久磁铁的磁导率与空气的磁导率相同，每相绕组的自感为一常数；不考虑齿槽效应和磁路饱和；忽略磁滞、涡流、集肤效应和温度对参数的影响；三相定子绕组对称，Ra=Rb=Rc，La=Lb=Lc，Mab=Mbc=Mca；转子磁场为方波磁场（顶部宽度大于120o的梯形波）。电压方程电磁转矩方程运动方程图3永磁无刷直流电动机的磁场，反电动势和相电流波形六仿真模型在Matlab6.5Simulink环境下，在分析数学模型的基础上，提出了控制系统仿真模型的方法，系统设

5、计框图如图7所示。图4PMBLDCM控制系统仿真建模组成框图图5Matlab/Simulink中PMBLDCM仿真建模整体控制框图七本体设计程序采用磁路分析法设计了一套永磁无刷直流电动机的电磁设计程序总体方案确定转子激磁结构确定磁路设计电路设计和转子位置传感器设计开始输入额定数据定子设计转子设计磁路计算电路计算j电枢反应计算性能计算符合结束过大合适否是八电感的解析计算本文运用气隙系数来考虑齿槽影响，直接运用能量法求出永磁无刷直流电动机相绕组的电感，给出了具体的电感计算过程和计算结果。和,式中八结果分析实验结

6、果仿真结果解析计算结果1.实验结果分析图6位置传感器输出信号图7反电动势波形图8相电流的实验波形表明了此控制系统的正确性和有效性.2.仿真结果分析图9计及电感参数时转速、转矩、相电流波形图10L=0时的转速、转矩和相电流波形3.故障仿真分析(1)A相一个功率管开路的波形a）转速、转矩和相电流波形b）相电流波形(2)A相一个功率管短路波形a）转速、转矩和相电流波形b）相电流波形(3)A相绕组短路的仿真波形a）转速、转矩和相电流波形b）相电流波形(4)A相绕组开路下的仿真波形a）转速、转矩和相电流波形b）相电流

7、波形(5)电源电压突降到25V的仿真结果a）转速、转矩和相电流波形b）相电流波形3.解析计算结果表2整数槽下有限元计算结果表3整数槽下有限元计算结果谐波次数相绕组自感L（mH）相绕组间互感M（mH）11.2666-0.63330.14070.140750.050664-0.02533270.0258490.02706890.0156370.015636110.010468-0.005234130.00749468-0.003746150.00562930.005623170.00438-0.00219190

8、.0035085-0.001754总电感1.53093-0.482229电枢位置（rad）相绕组自感(mH)相绕组互感(mH)空载时负载时空载时负载时01.1696996351.170014208-0.351240192-0.351723848π/61.1807096831.179923251-0.350190305-0.349439263π/31.1911692291.190933299-0.32139903-