稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)課件2

第三章稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)

Chapter3REPMBrushlessDCMotor(BLDCM)1第三章稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)

Chapter3第一節(jié)概述無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)圖稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)2第一節(jié)概述無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展2

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展電機(jī)理論稀土永磁材料電力電子器件專用集成電路計(jì)算機(jī)新型控制理論3無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展電機(jī)理論3無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)可靠性高維護(hù)方便結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單特性好散熱容易轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向限制噪聲小4無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)可靠性高4稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性體積小、重量輕轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)特性好氣隙大、力矩脈動(dòng)小方波電機(jī)設(shè)計(jì)、方波驅(qū)動(dòng)抗去磁能力強(qiáng)磁路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化5稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性體積小、重量輕5無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成框圖

6無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成框圖

6無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)總體框圖

功率主電路驅(qū)動(dòng)電路PWM及邏輯合成電路轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路主控電路串行LED顯示電路BLDCM給定7無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)總體框圖功率主電路驅(qū)動(dòng)電路PWM及邏輯合無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)圖8無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)圖8稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖9稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖91010圖（a），電流流通路徑：電源正極---V1---A相---B相---V6---電源負(fù)極圖（b），電流流通路徑：電源正極---V1---A相---C相---V2---電源負(fù)極從（a）到（b）的60°電角范圍：轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)定子合成磁場(chǎng)不動(dòng)11圖（a），電流流通路徑：11稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理定子合成磁場(chǎng)為跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，每個(gè)步進(jìn)角是60°電角轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)60°電角，逆變器開關(guān)管換流一次電機(jī)有6個(gè)磁狀態(tài)，每一磁狀態(tài)均為兩相導(dǎo)通

120°

導(dǎo)通型逆變器：每相流過(guò)電流的時(shí)間相當(dāng)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)電角每個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通角為120°12稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理定子合成磁場(chǎng)為跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，1313稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖14稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖14

稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)15稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)15稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的逆變器兩種主電路形式：橋式非橋式最常用的主電路三相星形六狀態(tài)三相星形三狀態(tài)16稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的逆變器兩種主電路形式：16

1717轉(zhuǎn)子位置傳感器作用：檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)于定子繞組軸線的位置常用的形式：磁敏式電磁式光電式接近開關(guān)式18轉(zhuǎn)子位置傳感器作用：18第二節(jié)基本公式方波電動(dòng)機(jī)普通無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型19第二節(jié)基本公式方波電動(dòng)機(jī)19方波電動(dòng)機(jī)稀土永磁徑向激磁20方波電動(dòng)機(jī)稀土永磁20

皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重?fù)p害的，全身性疾病，而且不少患者同時(shí)伴有惡性腫瘤。它的1癥狀表現(xiàn)如下：1、早期皮肌炎患者，還往往伴有全身不適癥狀，如-全身肌肉酸痛，軟弱無(wú)力，上樓梯時(shí)感覺兩腿費(fèi)力；舉手梳理頭發(fā)時(shí)，舉高手臂很吃力；抬頭轉(zhuǎn)頭緩慢而費(fèi)力。皮肌炎圖片——皮肌炎的癥狀表現(xiàn)皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重方波電動(dòng)機(jī)集中整距繞組

q=1二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)磁場(chǎng)寬度>120°電勢(shì)平頂寬>120°22方波電動(dòng)機(jī)集中整距繞組221．

電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)v為導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)的線速度:

（m/s）(3-2)

其中n為電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）

D為電樞內(nèi)徑；為極距；

p為極對(duì)數(shù)。

單根導(dǎo)體在氣隙磁場(chǎng)中感應(yīng)電勢(shì)為（V）(3-1)

式中Bδ為氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度；

L為導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度；231．

電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)單根導(dǎo)體在氣隙磁場(chǎng)中感應(yīng)電勢(shì)為23方波氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的每極磁通為

(Wb)(3-5)

式中為計(jì)算極弧系數(shù)則有

(V)(3-6)

設(shè)電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)為則每相繞組的感應(yīng)電勢(shì)為

(V)(3-3)

將式（3-2）代入式（3-1）得

(V)(3-4)24設(shè)電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)為24方波電動(dòng)機(jī)1．

電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)將式（3-6）代入式（3-3）得每相繞組感應(yīng)電勢(shì)

(V)(3-7)

則線電勢(shì)，即電樞感應(yīng)電勢(shì)為

(V)(3-8)

式中為電勢(shì)常數(shù)25方波電動(dòng)機(jī)1．

電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)25方波電動(dòng)機(jī)2.電樞電流在每個(gè)導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)有以下電壓平衡方程式式中U

為電源電壓；為開關(guān)管的飽和管壓降；為每相繞組電流；為每相繞組電阻。由上式得

(A)(3-10)26方波電動(dòng)機(jī)2.電樞電流26方波電動(dòng)機(jī)3.電磁轉(zhuǎn)矩在任一時(shí)刻，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩由兩相繞組的合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生，則

(N.m)(3-11)式中為電機(jī)的角速度27方波電動(dòng)機(jī)3.電磁轉(zhuǎn)矩27方波電動(dòng)機(jī)3.電磁轉(zhuǎn)矩

(N.m)(3-12)

式中為轉(zhuǎn)矩常數(shù)28方波電動(dòng)機(jī)3.電磁轉(zhuǎn)矩28方波電動(dòng)機(jī)4．轉(zhuǎn)速將式（2-8）代入式（2-9）得

(r/min)空載轉(zhuǎn)速為

(r/min)29方波電動(dòng)機(jī)4．轉(zhuǎn)速29普通無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通永磁材料勵(lì)磁氣隙磁場(chǎng)近似為正弦波電勢(shì)近似為正弦波設(shè)計(jì)中近似處理—僅考慮基波30普通無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通永磁材料勵(lì)磁3031313232稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型由于方波電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)、反電勢(shì)以及電流都是非正弦的，因此采用直、交軸坐標(biāo)變換已不是有效的分析方法直接利用電動(dòng)機(jī)原有的相變量，即在三相定子坐標(biāo)系（A，B，C）軸系下建立電機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較方便，又可獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果。33稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型由于方波電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)、反稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型

以兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)為例，假設(shè)：①定子三相完全對(duì)稱；②忽略齒槽效應(yīng)，繞組均勻分布于光滑定子的表面內(nèi)；③忽略磁路飽和，不計(jì)渦流和磁滯損耗；④不考慮電樞反應(yīng)，氣隙磁場(chǎng)分布近似為矩形波，平頂寬度為120o電角度；⑤轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組，永磁體不起阻尼作用。34稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型以兩相導(dǎo)通星形三相六狀稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型定子電壓方程

式中－定子相繞組電壓（V）；－定子相繞組電流（A）；－定子相繞組電動(dòng)勢(shì)（V）；－定子各相繞組的自感（H）；－定子每?jī)上嗬@組間的互感(H）；

P－微分算子35稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型定子電壓方程35稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型因電機(jī)三相繞組完全對(duì)稱，所以令則定子電壓方程簡(jiǎn)化為：（3-19）36稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型因電機(jī)三相繞組完全對(duì)稱，所以三相方波電流和三相梯形波反電勢(shì)37三相方波電流和三相梯形波反電勢(shì)37稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型當(dāng)三相繞組為星形連接，且沒有中線，則有并且代人式（3－19），得電壓方程為：38稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型當(dāng)三相繞組為星形連接，且沒有稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型電磁轉(zhuǎn)矩為

式中－轉(zhuǎn)子角速度39稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型電磁轉(zhuǎn)矩為39方波驅(qū)動(dòng)電機(jī)的等效電路圖40方波驅(qū)動(dòng)電機(jī)的等效電路圖40第三章稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)

Chapter3REPMBrushlessDCMotor(BLDCM)41第三章稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)

Chapter3第一節(jié)概述無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)圖稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)42第一節(jié)概述無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展2

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展電機(jī)理論稀土永磁材料電力電子器件專用集成電路計(jì)算機(jī)新型控制理論43無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展電機(jī)理論3無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)可靠性高維護(hù)方便結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單特性好散熱容易轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向限制噪聲小44無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)可靠性高4稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性體積小、重量輕轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)特性好氣隙大、力矩脈動(dòng)小方波電機(jī)設(shè)計(jì)、方波驅(qū)動(dòng)抗去磁能力強(qiáng)磁路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化45稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性體積小、重量輕5無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成框圖

46無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成框圖

6無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)總體框圖

功率主電路驅(qū)動(dòng)電路PWM及邏輯合成電路轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路主控電路串行LED顯示電路BLDCM給定47無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)總體框圖功率主電路驅(qū)動(dòng)電路PWM及邏輯合無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)圖48無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)圖8稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖49稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖95010圖（a），電流流通路徑：電源正極---V1---A相---B相---V6---電源負(fù)極圖（b），電流流通路徑：電源正極---V1---A相---C相---V2---電源負(fù)極從（a）到（b）的60°電角范圍：轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)定子合成磁場(chǎng)不動(dòng)51圖（a），電流流通路徑：11稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理定子合成磁場(chǎng)為跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，每個(gè)步進(jìn)角是60°電角轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)60°電角，逆變器開關(guān)管換流一次電機(jī)有6個(gè)磁狀態(tài)，每一磁狀態(tài)均為兩相導(dǎo)通

120°

導(dǎo)通型逆變器：每相流過(guò)電流的時(shí)間相當(dāng)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)電角每個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通角為120°52稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理定子合成磁場(chǎng)為跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，5313稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖54稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖14

稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)55稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)15稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的逆變器兩種主電路形式：橋式非橋式最常用的主電路三相星形六狀態(tài)三相星形三狀態(tài)56稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的逆變器兩種主電路形式：16

5717轉(zhuǎn)子位置傳感器作用：檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)于定子繞組軸線的位置常用的形式：磁敏式電磁式光電式接近開關(guān)式58轉(zhuǎn)子位置傳感器作用：18第二節(jié)基本公式方波電動(dòng)機(jī)普通無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型59第二節(jié)基本公式方波電動(dòng)機(jī)19方波電動(dòng)機(jī)稀土永磁徑向激磁60方波電動(dòng)機(jī)稀土永磁20

皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重?fù)p害的，全身性疾病，而且不少患者同時(shí)伴有惡性腫瘤。它的1癥狀表現(xiàn)如下：1、早期皮肌炎患者，還往往伴有全身不適癥狀，如-全身肌肉酸痛，軟弱無(wú)力，上樓梯時(shí)感覺兩腿費(fèi)力；舉手梳理頭發(fā)時(shí)，舉高手臂很吃力；抬頭轉(zhuǎn)頭緩慢而費(fèi)力。皮肌炎圖片——皮肌炎的癥狀表現(xiàn)皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重方波電動(dòng)機(jī)集中整距繞組

q=1二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)磁場(chǎng)寬度>120°電勢(shì)平頂寬>120°62方波電動(dòng)機(jī)集中整距繞組221．

電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)v為導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)的線速度:

（m/s）(3-2)

其中n為電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）

D為電樞內(nèi)徑；為極距；

p為極對(duì)數(shù)。

單根導(dǎo)體在氣隙磁場(chǎng)中感應(yīng)電勢(shì)為（V）(3-1)

式中Bδ為氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度；

L為導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度；631．

電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)單根導(dǎo)體在氣隙磁場(chǎng)中感應(yīng)電勢(shì)為23方波氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的每極磁通為

(Wb)(3-5)

式中為計(jì)算極弧系數(shù)則有

(V)(3-6)

設(shè)電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)為則每相繞組的感應(yīng)電勢(shì)為

(V)(3-3)

將式（3-2）代入式（3-1）得

(V)(3-4)64設(shè)電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)為24方波電動(dòng)機(jī)1．

電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)將式（3-6）代入式（3-3）得每相繞組感應(yīng)電勢(shì)

(V)(3-7)

則線電勢(shì)，即電樞感應(yīng)電勢(shì)為

(V)(3-8)

式中為電勢(shì)常數(shù)65方波電動(dòng)機(jī)1．

電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)25方波電動(dòng)機(jī)2.電樞電流在每個(gè)導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)有以下電壓平衡方程式式中U

為電源電壓；為開關(guān)管的飽和管壓降；為每相繞組電流；為每相繞組電阻。由上式得

(A)(3-10)66方波電動(dòng)機(jī)2.電樞電流26方波電動(dòng)機(jī)3.電磁轉(zhuǎn)矩在任一時(shí)刻，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩由兩相繞組的合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生，則

(N.m)(3-11)式中為電機(jī)的角速度67方波電動(dòng)機(jī)3.電磁轉(zhuǎn)矩27方波電動(dòng)機(jī)3.電磁轉(zhuǎn)矩

(N.m)(3-12)

式中為轉(zhuǎn)矩常數(shù)68方波電動(dòng)機(jī)3.電磁轉(zhuǎn)矩28方波電動(dòng)機(jī)4．轉(zhuǎn)速將式（2-8）代入式（2-9）得

(r/min)空載轉(zhuǎn)速為

(r/min)69方波電動(dòng)機(jī)4．轉(zhuǎn)速29普通無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通永磁材料勵(lì)磁氣隙磁場(chǎng)近似為正弦波電勢(shì)近似為正弦波設(shè)計(jì)中近似處理—僅考慮基波70普通無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通永磁材料勵(lì)磁3071317232稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型由于方波電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)、反電勢(shì)以及電流都是非正弦的，因此采用直、交軸坐標(biāo)變換已不是有效的分析方法直接利用電動(dòng)機(jī)原有的相變量，即在三相定子坐標(biāo)系（A，B，C）軸系下建立電機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較方便，又可獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果。73稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型由于方波電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)、反稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型

以