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BLDCM讲稿范文 无刷直流电动机Brushless DCmotor电机分类电机旋转电机交流电机同步电机自控式同步电机永磁体励磁的无刷结构反电动势为梯形波产生背景?20世纪上半叶高性能可调速拖动直流电动机不变速拖动系统交流电动机?20世纪六七十年代随着电力电子技术发展，高性能交流调速系统应运而生直流调速系统调速性能优越。 但直流电动机采用电刷机械换向，因而存在机械摩擦，由此带来了噪声噪声、换向火花、电磁干扰以及寿命短等致命弱点。 不适合需要长期无间断运行且安全要求高的系统。 交流调速系统克服了直流电动机机械换向带来的缺点。 但是高性能的调速系统和伺服系统控制方法复杂、成本高，因而不适合民用领域?在中小容量，不要求非常高调速性能的领域里无刷直流电动机有着较好的经济性医疗器材、仪器仪表、轻纺以及家用电器（空调冰箱压缩机、计算机硬盘、录像机等等）DC MotorBLDCM?有刷机械换向器，损耗较大换向问题有刷机械换向器，损耗较大换向问题?效率适中?寿命受电刷限制?扭矩转速比高转速时转矩输出受电刷影响扭矩转速比高转速时转矩输出受电刷影响?输出功率/外形尺寸比中等或低?转动惯量大，动态性能差?控制器成本低?微型化困难与传统直流电动机相比无刷直流电动机的特点能获得更好的扭矩转速特性；高速动态响应；高效率；长寿命；低噪声；高转速。 与传统直流电动机相比无刷直流电动机的特点能获得更好的扭矩转速特性；高速动态响应；高效率；长寿命；低噪声；高转速。 ?无刷电子换向器，永磁体励磁，不存在电刷接触损耗，励磁损耗和铁耗无刷电子换向器，永磁体励磁，不存在电刷接触损耗，励磁损耗和铁耗?效率无励磁电流，高?寿命长?扭矩转速比所有转速下正常?输出功率/外形尺寸比高?转动惯量小，动态性能好?控制器成本复杂且较贵?利于微型化（机电一体化），在相同的材料下，输出功率大），在相同的材料下，输出功率大PMSMBLDCM?调速更为复杂的PWM控制，因为要生成正弦波控制，因为要生成正弦波?反电动势设计为正弦波，设计复杂反电动势设计为正弦波，设计复杂?转矩波动小，运行非常平稳?电流为三相正弦波?低噪声运行?控制器成本需要高精度传感器，成本高控制器成本需要高精度传感器，成本高?多用于伺服系统和高性能调速系统多用于伺服系统和高性能调速系统无刷直流电动机与永磁同步电机相比控制成本低，但是无刷直流电动机电机性能相比之下要差。 二者各有自己的应用领域无刷直流电动机与永磁同步电机相比控制成本低，但是无刷直流电动机电机性能相比之下要差。 二者各有自己的应用领域?调速简单的PWM控制?反电动势设计为梯形波，设计较简单反电动势设计为梯形波，设计较简单?转矩波动大，每隔60转矩都有有缺口转矩都有有缺口?电流为直流方波?运行噪声稍大?控制器成本一般传感器，成本低控制器成本一般传感器，成本低?适用于一般调速系统?上个世纪30年代就有人开始研究无刷直流电动机?1955年，美国D.哈里森等人首次成功的实现了用晶体管换向线路代替有刷直流电动机机械电刷，这标志着现代无刷直流电机的诞生?1962年，借助霍尔元件实现换相的直流无刷电动机问世?发展难点电力电子器件永磁材料转子位置检测考虑最简单的情况如果将永磁直流电动机的定子转子反装，配以电子换相装置和转子位置检测装置，就是最简单的无刷直流电动机结构。 如果将永磁直流电动机的定子转子反装，配以电子换相装置和转子位置检测装置，就是最简单的无刷直流电动机结构。 无刷直流电动机原理应用最为广泛的三相无刷直流电动机。 无刷直流电动机主要由电动机本体、位置传感器与电子开关线路三部分组成。 无刷直流电动机原理无刷直流电动机的反电势(空载电势)设计成梯形波，而逆变器输出方波电压方波电压或方波电流并且与电机反电势保持适当的相位关系，从而产生有效的电磁转矩，在这种情况下，转子位置传感器只需要提供转子的若干个关键位置信号就可以了。 因此平常所说的无刷直流电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、电动机本体及位置传感器三部分组成的机电系统。 简化分析电磁转矩?假设不计电枢反应、转子磁钢所产生的磁感应强度在电动机气隙中是按正弦规律分布的，即。 如果在定子某一相绕组中通一持续的直流电流，所产生的电磁转矩为M DMT Z LB Ir=?sinMB=Z D每相绕组的有效导体数L绕组中导线的长度,即磁钢长度r电动机中气隙的半径I绕组相电流单相绕组通电为产生三相对称的电磁转矩，其中变化范围30度至150度，功率管每隔120度电角度换相一次MT Tsin=M DMT ZLB rI=令三相全控桥的六种通电情况示意图每隔60度换相一次，所以最大电磁转矩为由此可见三相全控桥通电可令最大转矩上升到，且转矩波动大为减小M3T()30,60sin sin (60)2sin (30)cos603sin (30)M MMMTT TTT=+=+=+单相通电控制下跌的电机机械特性5665663sin0.87223sin0.8722a MM D MaMMDMTT dTT ZLB IrEEd EEZLBrn=?aeaTEKnTKI=定义电机的电动势系数和转矩系数定义电机的电动势系数和转矩系数ae eTU URn TK KK?=?由电压平衡方程可得电动机的机械特性方程由此可见无刷直流电动机的机械特性方程与一般它励直流电动机完全一致，不过转矩和反电动势都是一个通电周期的平均值。 由电压平衡方程可得电动机的机械特性方程由此可见无刷直流电动机的机械特性方程与一般它励直流电动机完全一致，不过转矩和反电动势都是一个通电周期的平均值。 PWM调压，受限单极式控制方式Simulink仿真分析转子译码器PWM发生环节仿真结果电机参数逆变桥电机参数返回a eEK n=Voltage Constant当n=1000rpm E=146.6072V当I=1A T=1.4N.mTorque ConstantaT aTK I=aE ETR UnTK KK=?rF逆变桥通用桥，做逆变桥用。 功率器件采MOSFET，g端输入为6个MOSFET的控制信号。 转子位置译码器返回转子位置译码器将霍尔信号译码为逆变器功率器件的控制信号，是电动机实现换相的核心。 Input1三个霍尔信号Input2PWM信号Input3转速偏差信号Output1逆变桥开关器件控制信号通电方式三相Y接全控电路，两两通电方式是指每一瞬间有两只功率器件导通，每隔1/6周期换相一次，每次换相一个功率管，每个功率管导通120电角度。 功率管Q1和Q4导通时，电流从Q1管流入A相绕组，再从B相绕组流出经Q4回到电源。 而后每隔60电角度换相一个功率管，合成转矩矢量方向也随着转过60电角度，但大小始终保持不变。 6次换相转子转过360电角度。 受限单极式控制方式转子位置与绕组通电时序换相逻辑时序转子位置译码器H1H2H3PhaseA PhaseB PhaseC101+V-V NC100+V NC-V110NC+V-V010-V+V NC011-V NC+V001NC-V+VH1H2H3PhaseA PhaseB PhaseC101-V+V NC100-V NC+V110NC-V+V010+V-V NC011+V NC-V001NC+V-V正转逻辑控制反转逻辑控制转子位置译码器Ha HbHc EMFA EMF B EMF C0010-1+1010-1+10011-10+1100+10-1101+1-101100+1-1转子位置译码器将霍尔信号转化为反电动势的正负信号EMFA EMFB EMFC Q1Q2Q3Q4Q5Q60-1+1000110-1+10011000-10+1010010+10-1100001+1+101001000+1-1001001转子位置译码器转子位置译码器EMFAEMFBEMFC Q1Q2Q3Q4Q5Q60-1+1001001-1+10100100-10+1100001+10-1010010+1+100110000+1-1000110转子位置译码器返回转子位置译码器PWM发生环节这里使用的PWM发生器是Simulink中的Discrete PWMGenerator模块，它可以产生占空比方波，频率设置为20k。 对Uref端输入-1到+1的信号，其输入方波的占空比将从0到100%均匀变化。 当占空比为100%时，在本系统的条件下电机转速为3000rpm，此时Uref=+1；当Uref=-1是，电机转速近似为0。 因此可以将转速信号转化为PWM电平给定信号。 先将经PI调节器计算的速度误差信号取绝对值再由F1转化为PWM电平信号。 信号分解器将两路信号分解出一路对逆变桥进行单极性受限调节。 返回11500nUref=?+起动，阶跃负载仿真结果转速电磁转矩仿真算法采用ode45，仿真参数系统默认，仿真时间0.1秒，给定转速2000，在0.03秒处加载一个大小为4N.m的阶跃负载。 起动，阶跃负载仿真结果定子电流和反电动势波形可逆调速仿真结果转速电磁转矩仿真算法采用ode45，仿真参数系统默认，仿真时间0.1秒，给定转速初始值为2000，在0.03秒处变为-2000，空载运行。 总结本系统的特点是仿真了可逆调速过程，不足之处是仅采用了转速单闭环控制，因此对电网电压波动没有抑制作用。 从仿真结果可以看出无刷直流电机的转矩波动比较明显，这不但会产生噪声和振动问题，而且影响这个系统的性能，从而降低电机的使用寿命和驱动系统的可靠性，制约其在高精度、高稳定性场合的应用。 抑制无刷直流电机的转矩波动是本领域研究的重点和难点。 本文纲要发展历程1无刷直流电动机原理2Simulink仿真设计3总结4为了简化分析,基于无刷直流电动机的主要特点,假定:1定子绕组为60度相带整距集中绕组,Y形连接形连接;2忽略磁路饱和,不计涡流和磁滞损耗;3转子上没