1、第三章第三章 稀土永磁无刷直流电动机稀土永磁无刷直流电动机Chapter 3 REPM Brushless DC Motor(BLDCM)1第一节第一节 概概 述述n无刷直流电动机的发展n无刷直流电动机的优点n稀土永磁无刷直流电动机的优越性n无刷直流电动机的构成n无刷直流电动机的系统图n稀土永磁无刷直流电动机结构2 无刷直流电动机的发展无刷直流电动机的发展n电机理论n稀土永磁材料n电力电子器件n专用集成电路n计算机n新型控制理论3无刷直流电动机的优点无刷直流电动机的优点n可靠性高n维护方便n结构简单n特性好n散热容易n转速不受机械换向限制n噪声小4稀土永磁无刷直流电动机的优越性稀土永磁无刷直流
2、电动机的优越性n体积小、重量轻n转动惯量小、动态特性好n气隙大、力矩脉动小n方波电机设计、方波驱动n抗去磁能力强n磁路设计简化5无刷直流电动机的构成框图无刷直流电动机的构成框图6无刷直流电动机系统总体框图无刷直流电动机系统总体框图 功率主电路驱动电路PWM及逻辑合成电路转子位置检测电路主控电路串行LED显示电路BLDCM给定7无刷直流电动机的系统图无刷直流电动机的系统图8稀土永磁无刷直流电动机工作原理示意图稀土永磁无刷直流电动机工作原理示意图910n图（a），电流流通路径：电源正极-V1-A相-B相-V6-电源负极n图（b），电流流通路径：电源正极-V1-A相-C相-V2-电源负极n从（a）到
3、（b）的60电角范围：n转子磁场连续转动n定子合成磁场不动11稀土永磁无刷直流电动机工作原理稀土永磁无刷直流电动机工作原理n定子合成磁场为跳跃式旋转磁场，每个步进角是60 电角n转子每转过60 电角，逆变器开关管换流一次n电机有6个磁状态，每一磁状态均为两相导通 n120 导通型逆变器：n每相流过电流的时间相当于转子转电角n每个开关管的导通角为120 1213稀土永磁无刷直流电动机结构示意图稀土永磁无刷直流电动机结构示意图14 稀土永磁无刷直流电动机转子结构稀土永磁无刷直流电动机转子结构15稀土永磁无刷直流电动机的逆变器稀土永磁无刷直流电动机的逆变器n两种主电路形式：n桥式n非桥式n最常用的主
4、电路n三相星形六状态n三相星形三状态16 17转子位置传感器n作用：检测转子磁极相对于定子绕组轴线的位置n常用的形式：n磁敏式n电磁式n光电式n接近开关式18第二节第二节 基本公式基本公式n方波电动机n普通无刷直流电动机n数学模型19方波电动机n稀土永磁n径向激磁20n 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、心、肺、肾等多脏器严重损害的，全身性疾病，而且不少患者同时伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如下：n 1、早期皮肌炎患者，还往往伴有全身不适症状，如-全身肌肉酸痛，软弱无力，上楼梯时感觉两腿费力；举手梳理头发时，举高手臂很吃力；抬头转头缓慢而费力。皮肌炎图片皮肌炎的症状表现方波电动机n集中整距绕组 q=1
5、n二相导通星形三相六状态n磁场宽度120n电势平顶宽120221 电枢绕组感应电势v为导体相对于磁场的线速度:（m/s）(3-2)其中 n为电机转速（r/min）D为电枢内径；为极距；p为极对数。60260npnDv单根导体在气隙磁场中感应电势为 （V）(3-1)式中 B为气隙磁感应强度；L为导体的有效长度；LvBe23n方波气隙磁感应强度对应的每极磁通为 (Wb)(3-5)式中 为计算极弧系数 n则有 (V)(3-6)LBiinpe602 in 设电枢绕组每相串联匝数为 n 则每相绕组的感应电势为 (V)(3-3)n 将式（3-2）代入式（3-1）得 (V)(3-4)602npLBeeWE2
6、W24方波电动机1 电枢绕组感应电势n将式（3-6）代入式（3-3）得每相绕组感应电势 (V)(3-7)n则线电势，即电枢感应电势为 (V)(3-8)式中 为电势常数 nWpEi15nCnWpEEei1522WpCie15225方波电动机2.电枢电流 n在每个导通时间内有以下电压平衡方程式 式中 U 为电源电压；为开关管的饱和管压降；为每相绕组电流；为每相绕组电阻。n由上式得 (A)(3-10)aarUI2E-U2-aarIEUU22UaIar26方波电动机 3.电磁转矩 n在任一时刻，电机的电磁转矩由两相绕组的合成磁场与转子永磁场相互作用而产生，则 (N.m)(3-11)式中 为电机的角速度
7、 aemEIETaI 2602 n27方波电动机 3.电磁转矩 (N.m)(3-12)式中 为转矩常数 aTaemICnnIWpT602152iWpCiT428方波电动机 4转速 n 将式（2-8）代入式（2-9）得 (r/min)n空载转速为 (r/min)eaCra2I-U2-Un00pWU2-5.7152U2-CU2-ie0UaWpUUni29普通无刷直流电动机普通无刷直流电动机n普通永磁材料励磁n气隙磁场近似为正弦波n电势近似为正弦波n设计中近似处理仅考虑基波303132稀土永磁无刷直流电动机的数学模型稀土永磁无刷直流电动机的数学模型n由于方波电动机的气隙磁场、反电势以及电流都是非正弦
8、的，因此采用直、交轴坐标变换已不是有效的分析方法n直接利用电动机原有的相变量，即在三相定子坐标系（A，B，C）轴系下建立电机的数学模型比较方便，又可获得较准确的结果。33稀土永磁无刷直流电动机的数学模型稀土永磁无刷直流电动机的数学模型n 以两相导通星形三相六状态为例，假设：定子三相完全对称；忽略齿槽效应，绕组均匀分布于光滑定子的表面内；忽略磁路饱和，不计涡流和磁滞损耗；不考虑电枢反应，气隙磁场分布近似为矩形波，平顶宽度为120电角度；转子上没有阻尼绕组，永磁体不起阻尼作用。34稀土永磁无刷直流电动机的数学模型稀土永磁无刷直流电动机的数学模型n定子电压方程 式中 定子相绕组电压（V）；定子相绕组
9、电流（A）；定子相绕组电动势（V）；定子各相绕组的自感（H）；定子每两相绕组间的互感(H）；P微分算子cbacbaccbcabcbbaacabacbacbaeeeiiipLMMMLMMMLiiirrrUUU000000UUUba,cbaiii,cbaeee,cbaLLL,dtdp cbcabcbaacabMMMMMM,35稀土永磁无刷直流电动机的数学模型稀土永磁无刷直流电动机的数学模型n因电机三相绕组完全对称，所以n令 n则定子电压方程简化为：（3-19）cbaLLLcbcabcbaacabMMMMMMaLL abMM cbacbacbacbaeeeiiipLMMMLMMMLiiirrrUUU00000036三相方波电流和三相梯形波反电势37稀土永磁无刷直流电动机的数学模型稀土永磁无刷直流电动机的数学模型n当三相绕组为星形连接，且没有中线，则有 n并且 n代人式（319），得电压方程为：0cbaiiiiaicibMMMcbacbacbacbaeeeiiipMLMLMLiiirrrUUU00000000000038稀土永磁无刷直流电动机的数学模型稀土永磁无刷直流电动机的数学模型n电磁转矩为 n式中 转子角速度)(1ccbbaaieieieT39方波驱动电机的等效电路图 40
