最新无刷直流电机及其驱动技术教学讲义PPT课件.ppt

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1、无刷直流电机及其驱动技术3.3无刷直流电动机（BrushlessDirectCurrentMotor,BLDC）1、无刷直流电动机结构2、无刷直流电动机工作原理3、无刷直流电动机电机特性4、PWM控制技术1.结构由定子、转子、位置传感器及换相电路组成定子采用叠片结构并在槽内铺设绕组的方式定子绕组多采用三相并以星形方式连接2.工作原理1）旋转磁场的产生假定电机定子为3相6极，星型连接。转子为一对极。电流方向不同时，产生的磁场方向不同。若绕组的绕线方向一致，当电流从A相绕组流进，从B相绕组流出时，电流在两个绕组中产生的磁动势方向是不同的。6步通电顺序三相绕组通电遵循如下规则

2、：每步三个绕组中一个绕组流入电流，一个绕组流出电流，一个绕组不导通；通电顺序如下：1.A+B-2.C+B-3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-6步通电顺序1.A+B-2.C+B-3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-每步磁场旋转60度，每6步旋转磁场旋转一周；每步仅一个绕组被换相。6步通电顺序随着磁场的旋转，吸引转子磁极随之旋转。磁场顺时针旋转，电机顺时针旋转：1→2→3→4→5→6磁场逆时针旋转，电机顺时针旋转：6→5→4→3→2→11.A+B-2.C+B-3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-2）如何实现换相？1.A+B-2.C+B-

3、3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-必须换相才能实现磁场的旋转，如果根据转子磁极的位置换相，并在换相时满足定子磁势和转子磁势相互垂直的条件，就能取得最大转矩。要想根据转子磁极的位置换相，换相时就必须知道转子的位置，但并不需要连续的位置信息，只要知道换相点的位置即可。在BLDC中，一般采用3个开关型霍尔传感器测量转子的位置。由其输出的3位二进制编码去控制逆变器中6个功率管的导通实现换相。开关型霍尔传感器霍尔元件+信号处理电路=霍尔传感器利用霍尔效应，当施加的磁场达到“动作点”时，OC门输出低电压，称这种状态为“开”;当施加磁场达到“释放点”使OC门输出高电压，

4、称其为“关”基于这个原理，可制成接近开关。如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置，当N极逐渐靠近霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时，其输出是导通状态；当N极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出仍然保持导通状态；只有磁场转变为S极并达到一定值时，其输出才翻转为截止状态。在S-N交替变化磁场下，传感器输出波形占高、低电平各占50%。如果转子是一对极，则电机旋转一周霍尔传感器输出一个周期的电压波形，如果转子是两对极，则输出两个周期的电压波形。直流无刷电机中一般安装3个霍尔传感器，间隔120度或60度按圆周分布。如果间隔120度，则3个霍尔传感器的输出波形相差12

5、0度电角度；输出信号中高、低电平各占180度电角度。如果规定输出信号高电平为“1”，低电平为“0”，则输出的三个信号可用3位二进制编码表示。100000001011111110100000001011111110如果间隔60度，则输出波形相差60度电角度。间隔120度与60度的二进制编码是不同的。例：假定定子绕组为3相，转子为2对极，3个霍尔传感器间隔60度按圆周分布，由6只晶体管组成的桥式电路给电机供电，分析其换相过程。从霍尔传感器输出的二进制编码控制6个功率管的导通，可由逻辑电路实现，也可由软件编程实现。1.A+C-2.A+B-3.C+B-4.C+A-5.B+A-6

6、.B+C-1.A+B-2.A+C-3.B+C-4.B+A-5.C+A-6.C+B-每相绕组中电流是正负交替的由逆变器提供与电动势严格同相的方波电流直流有刷电机绕组中的电流实际上也是正负交替的，只是从电刷外部看电流是单方向的。直流有刷电机通过换向机构换向，直流无刷电机通过霍尔开关及逆变器换相。3）如何实现力矩的控制？按照电机统一规律，必须保证θs-θr为90度，才能取得最大转矩。因旋转磁场是60度增量，看来无法实现这个关系。但通过适当的安排可实现平均90度的关系。如果每一步都使离转子磁极120度的定子磁势所对应的绕组导通，并且当转子转过60度后换相，如此重复每一步，则可使

7、定子磁势与转子磁势相差60-120度，平均90度。BLDC电机每一个定子绕组回路与DC电机电枢回路是类似的。但其电压和电流都是在每半个电周期中仅导通120度。电机制作时保证其绕组内反电势为梯形波，但平顶部分与电压和电流同时出现，其极性也与电压和电流一致。从功率平衡的角度考虑Tω=EaIa+EbIb+EcIc又因为E=Keω,且在所有的时间都有两相绕组流过相同电流，T=2KeIa可见，力矩与定子绕组电流成正比，改变电流即改变力矩。力矩的波动换相转矩脉动：每次换向时，由于绕组电感的作用电流不能突变，电流的过渡过程产生力矩波动。由于转矩存在波动