1、 永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机（Permanent Magnet Brushless DC Motor）10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材一、问题的提出一、问题的提出 直流电动机虽然具有优良的调速和起动特性，但由于存在电刷和换向器，需要经常性维护，并且会产生火花和电磁干扰，限制了它的应用范围。近年广泛应用的无刷直流电动机，就是为了克服换向器和电刷的滑动接触而发展起来的新型直流电动机。二、无刷直流电动机的工作原理二、无刷直流电动机的工作原理10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五
2、十一五”国家级规划教材国家级规划教材有刷直流电动机工作原理有刷直流电动机工作原理磁极静止，电枢旋转f=IBla，该力形成电磁转矩根据左手定则，线圈在这个转矩作用下将按逆时针方向旋转当载流导体转过180度后，借助电刷-换向片改变导体中电流方向10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材无刷直流电动机原理无刷直流电动机原理电枢静止，磁极旋转，且磁极为永久磁铁。电枢绕组中电流的换向借助于转子位置传感器和电子开关线路来实现，所以，无刷直流电动机一般都是由电动机、位置传感器和电子开关线路三部分组成。无刷直流电动机原理图10.永磁无刷直流电
3、动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材永磁无刷直流电动机的原理框图10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电动机本体电动机本体10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材21(a)永磁转子结构型式(a)表面贴装式；(b)内嵌式.1磁钢；2铁心 2 21 1(b)10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材逆变器结构逆变器结构星形三相三状态星形三
4、相六状态10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材封闭三相六状态星形四相四状态 正交两相四状态封闭四相四状态10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材转子位置传感器转子位置传感器(1)磁敏式位置传感器磁敏式位置传感器霍尔元件霍尔元件10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材转子位置传感器转子位置传感器(1)磁敏式位置传感器磁敏式位置传感器功放霍尔元件放大输出CCUOUoU(V)B(T)RPBO
5、PB0123HB关开外形电路原理开关特性霍尔位置传感器10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材(2)电磁式位置传感器电磁式位置传感器输出信号1D1RP1V2R2V0U(3)光电式位置传感器光电式位置传感器10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材1.一相导通星形三相三状态一相导通星形三相三状态1）H1受光，V1导通，A相流过电流，产生磁势Fa。电流路径：电源正极A相绕组V1管电源负极。2）电机顺时针转过120电角度后，H1被遮光，H2受光，V1关断，V2导通
6、，B相绕组通入电流，产生磁势Fb。3）再转过120电角度后，C相导通。10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材A相导通B相导通C相导通 转子每转过120电角度后，功率管换流一次，定子磁场状态就改变一次，电机有三个磁状态。每个功率管导通120电角度后（1/3周期）。磁场为跳跃式步进磁场。因此，所产生的电磁转矩为脉动转矩。减小转矩脉动的方法是增加一周内的磁状态数，如二相导通六状态。10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材2.二相导通星形六状态二相导通星形六状态
7、10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 定子合成磁场仍为跳跃式旋转，步进为60电角度，即1/6周期。每转60电角度，逆变器开关管换流一次，有六个状态。每个功率管（每相绕组）导通120电角度。V1V6导通V1V2导通10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材三相六状态绕组与开关管导通顺序表10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材三、运行特性三、运行特性1.基本方程基本方程 永磁无刷直流电动
8、机的基本物理量有：反电势、电枢电流、电磁转矩、转速等。它们的表达式与电机气隙磁场分布、绕组形式密切相关。永磁无刷直流电动机有正弦波和方波之分。BmB20t10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材方波气隙磁场分布梯形波反电动势与方波电流2.机械特性机械特性emTeaeTCCrCUUn22210.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材机械特性曲线 调节特性曲线 四、控制方法四、控制方法1.有位置传感器控制有位置传感器控制 转子位置传感器替代了电刷，电子换向电路替代
9、了机械式换向器。因此，电子控制系统是永磁无刷直流电动机不可缺少的组成部分。10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材(1)转速控制 通过脉宽调制（PWM）方法改变电压大小实现转速调节。(2)正、反转控制有刷电机：改变励磁磁场的极性或电枢电压的极性。无刷电机：原理相同，但因功率管的单向导电性，不能靠简单地改变电源电压极性使电机反转，而是通过改变绕组的通电顺序来改变电机转向。ZAXBYCnNS10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材A.有两套位置传感器要改变绕组
10、的通电顺序，就要切换位置传感器的输出信号。(a)顺时针方向旋转(b)逆时针方向旋转10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材顺时针方向旋转时，Wa,Wb,Wc输出信号；逆时针方向旋转时，Wa,Wb,Wc输出信号。正反转控制逻辑图10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材B.一套位置传感器正：A相导通反：C相导通正：C相导通反：B相导通正：B相导通反：A相导通10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规
11、划教材1H1H1H2H2H2H3H3H3H二相导通方式传感器信号与功率管开关导通逻辑关系二相导通方式传感器信号与功率管开关导通逻辑关系正转反转H1H2H3导通管H1H2H3导通管101V1V2101V4V5100V2V3001V3V4110V3V4011V2V3010V4V5010V1V2011V5V6110V6V1001V6V1100V5V610.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材2.无位置传感器控制无位置传感器控制 无位置传感器控制是指无机械式位置传感器，即不在无刷直流电动机的定子上直接安装位置传感器来检测转子位置,而是通过一个检测电路，从硬件和软件两方面来间接获取转子位置信号。检测得到转子位置信号以后的控制方法，与有位置感器控制方法相同。10.永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材
