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1、无刷直流电动机及其 控制系统无刷直流电动机系统无刷直流电动机的主电路及工作方式无刷直流电动机的电枢反应无刷直流电动机的基本关系无刷直流电动机的运行特性无刷直流电动机的转矩脉动无刷直流电动机的位置信号检测无刷直流电动机的控制原理及其实现无刷直流电动机的特点与感应电动机相比:由于采用高性能永磁材料,无刷直流电动机转子体积得以减小,可以具有较低的惯性,更快的响应速度,更高的转矩/惯量比.由于没有转子损耗,也无需定子励磁电流分量,所以无刷直流电动机具有较高的效率和功率密度.由于没有转子发热,无刷直流电动机也无需考虑转子冷却问
2、题.尽管感应电动机系统应用较为普遍和成熟,但由于其非线性本质,控制系统极为复杂.而无刷直流电动机则将交流电动机复杂的磁场定向控制转化为离散六状态的转子位置控制,也无需坐标变换.无刷直流电动机的特点与永磁同步电动机相比:无刷直流电动机采用方波电流供电,可以提供更高的转矩/体积比,相同条件下输出转矩大15%.在电动机中产生梯形波的磁场分布和感应电动势要比产生正弦波的磁场分布和电动势简单.对于永磁同步电动机,由于定子电流是转子位置的正弦函数,系统需要更高分辨率的位置传感器,构造复杂,价格昂贵.产生方波电压和电流的变频器比产
3、生正弦波电压和电流的变频器简单,控制也简单得多,因此无刷直流电动机控制简单,控制器成本较低.无刷直流电动机的特点与有刷直流电动机相比:可靠性高,寿命长.不必经常维护和修理.无电气接触火花,无线电干扰少.可工作于高真空,不良介质环境.可在高转速下工作,专门设计的高速无刷直流电动机的工作转速可达每分钟10万转以上.机械噪声低.发热的绕组安装在定子上,有利于散热,便于温度监控,一得到更高的功率密度.必须与一定的电子换向线路配套使用,从而使总成本增加,但从控制的角度看,有更大的使用灵活性.１、无刷直流电动机系统1.1无刷直流
4、电动机的组成1.2无刷直流电动机的基本工作原理1.3无刷直流电动机的比较1.4无刷直流电动机的特点1.5无刷直流电动机的发展情况1.6无刷直流电动机的应用与研究方向无刷直流电动机的组成无刷直流电动机是一直典型的机电一体化产品,它是由电动机本体,位置检测器,逆变器和控制器等组成.电动机主体无刷直流电动机的电机本体是一种永磁同步电动机,其主要特征是气隙磁场波形与电枢电流波形为方波.在体积相同的条件下,无刷直流电动机比正弦波供电永磁同步电机出力大15%左右,但无刷直流电动机存在转矩脉动.位置检测器位置检测器包括有位置传感器
5、检测和五位置传感器检测两种方式.最常见的位置传感器是霍尔开关式位置传感器,目前比较成熟的无转子位置传感器控制方法主要有反电动势过零检测法和定子三次谐波检测法等.逆变器逆变器主电路有桥式和非桥式两种,而电枢绕组既可以接成星形也可以接成角形,因此电枢绕组与逆变器主电路的连接可以有多种不同的组合.无刷直流电动机最常见的工作方式是星形两相导通三相六状态.控制器主要功能:(1)对转子位置检测器输出的信号,PWM调制信号,正反转和停车信号进行逻辑综合,为驱动电路提供各开关管的斩波信号和选通信号,实现电机的正反转及停车控制.(2)
6、产生PWM调制信号,使电机的电压随给定速度信号而自动变化,实现电机开环调速.(3)对电机进行速度闭环调节和电流闭环调节,使系统具有较好的动态和静态性能.(4)实现短路,过流,过电压和欠电压等故障保护功能.主要形式:(1)分立元件加少量集成电路构成的模拟控制系统.(2)基于专用集成电路的控制系统.(3)数模混合控制系统和全数字控制系统.2、无刷直流电动机的主电路及 工作方式2.1星形连接三相半桥主电路2.2星形连接三相桥式主电路2.3角形连接三相桥式主电路三相无刷直流电机控制系统三相无刷直流电机的控制系统,主要由永磁无
7、刷直流电机、整流器、逆变器、位置传感器和控制器几部分组成。A相、B相、C相绕组分别与功率开关管(VT1,VT4),(VT3,VT6),(VT5,VT2)相接,磁极位置传感器跟踪转子与电动机转轴相连接。无刷直流电动机的工作是通过逆变器功率管按一定的规律导通关断,使电机定子电枢产生按60°角度不断前进的磁势,带动电机转子旋转实现的。逆变器功率管共有6种触发组合状态,每种触发组合状态只有与确定的转子位置相对应,才能产生最大的平均电磁转矩。两个磁势向量当其夹角为90°时,相互作用力最大。而电子电枢产生的磁势是以60°角度前进
8、,因此在每种触发模式下,转子磁势与定子磁势的夹角在120°～60°之间变化才能产生最大的平均电磁转矩。3、无刷直流电动机的电枢反应无刷直流电动机的电枢反应4、无刷直流电动机的基本关系4.1无刷直流电动机的微分方程模型4.2无刷直流电动机的传递函数模型4.2无刷直流电动机的反电动势4.3无刷直流电动机稳态性能的动态模拟4.4无刷直流电动机稳态性能
