无刷直流电机.

1、控制电机控制电机无刷直流电动机无刷直流电动机课程：控制电机课程：控制电机2013.05.08控制电机控制电机一、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。 近年发展起来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。控制电机控制电机有刷直流电动机工作原理有刷直流电动机工作原理控制电机控制电机无刷直流电动机系统图1.1.1 基本组成基本组成 控制电机控制电机 位位 置置 检检 测测 器器 逆逆 变变 器器 电电 机机 本本 体体 控控 制制 信信 号号 控控 制制 器器

2、输输 出出 直直 流流 电电 源源 无刷直流电机构成框图无刷直流电机构成框图 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是借助于转子位置传感器和电子开关线路来实现的，所以，无刷直流电动机一般都是由电动机、位置传感器、控制器和电子开关线路四部分组成。控制电机控制电机 定定子子 永永磁磁转转子子 传传感感器器定定子子 传传感感器器转转子子 (a) 结构示意图结构示意图 (b) 定转子实际结构定转子实际结构 控制电机控制电机 N S N S N S N S 表面式磁极表面式磁极 N N N N N N S S S S S S 嵌入式磁极嵌入式磁极 N S N S N S N S 环形

3、磁极环形磁极 内内 控制电机控制电机实际电机实际电机 外外转转子子 绕绕组组 永永磁磁体体 内内定定子子 结构示意图结构示意图 控制电机控制电机 US A B C D b) b) 四相半桥主电路四相半桥主电路 US A B C a) a) 三相半桥主电路三相半桥主电路1) 非桥式（半桥式）非桥式（半桥式）半控型半控型控制电机控制电机2) 桥式桥式全控型全控型c) c) 星形联结三相桥式主电路星形联结三相桥式主电路 US VD1 VD4 VT1 VT4 VD5 VD2 VT3 VT6 VD3 VD6 VT5 VT2 A B C 控制电机控制电机d) 三角形联结三相桥式主电路三角形联结三相桥式主电

4、路 2) 桥式桥式全控型全控型 US VD1 VD4 VT1 VT4 VD5 VD2 VT3 VT6 VD3 VD6 VT5 VT2 A B C 控制电机控制电机2) 桥式桥式全控型全控型e)正交两相全控型主电路正交两相全控型主电路 US A B 控制电机控制电机2) 桥式桥式全控型全控型f) 封闭形联结四相桥式主电路封闭形联结四相桥式主电路 US A B C D 控制电机控制电机绕组利用率：绕组利用率：三相绕组优于四相、五相绕组三相绕组优于四相、五相绕组转矩脉动：转矩脉动：相数越多，转矩脉动越小相数越多，转矩脉动越小电路成本：电路成本：相数越多，电路成本越高相数越多，电路成本越高星形联接三相

5、桥式主电路应用最多星形联接三相桥式主电路应用最多控制电机控制电机位位置置检检测测器器有位有位置传置传感器感器检测检测无位无位置传置传感器感器检测检测磁敏式磁敏式光电式光电式电磁式电磁式接近开关式接近开关式反电动势检测反电动势检测续流二极管工作状态检测续流二极管工作状态检测定子三次谐波检测定子三次谐波检测瞬时电压方程法瞬时电压方程法控制电机控制电机转子位置传感器(1) 磁敏式位置传感器霍尔元件1、三个霍尔元件在、三个霍尔元件在空间依次相差空间依次相差120o电电角度角度2、传感器磁极与转、传感器磁极与转子磁极同轴旋转、子磁极同轴旋转、极数相等、极性相极数相等、极性相对应对应控制电机控制电机功放霍

6、尔元件放大输出CCUOUoU (V)B(T)RPBOPB0123HB关开外形电路原理开关特性霍尔集成电路控制电机控制电机(2)电磁式位置传感器高频励磁输入输出绕组转子磁心定子磁心控制电机控制电机输出信号1D1RP1V2R2V0U(3)光电式位置传感器遮光盘控制电机控制电机控控制制器器模拟模拟控制控制系统系统 数字数字控制控制系统系统 分立元件加少量集分立元件加少量集成电路构成的模拟成电路构成的模拟控制系统控制系统 基于专用集成电路基于专用集成电路的控制系统的控制系统 数模混合控制系统数模混合控制系统 全数字控制系统全数字控制系统 是无刷直流电动机正常运行并实现各种调速伺服是无刷直流电动机正常运

7、行并实现各种调速伺服 功能的指挥中心功能的指挥中心 控制电机控制电机永磁无刷直流电机系统图永磁无刷直流电机系统图 控制电机控制电机V1V6导通 V1V2导通 转子每转过转子每转过60o，逆变器开关管换流一次、定子磁状态，逆变器开关管换流一次、定子磁状态改变一次，电机有改变一次，电机有6个磁状态，三相各导通个磁状态，三相各导通120o。 控制电机控制电机三相六状态绕组与开关管导通顺序表控制电机控制电机1. 机械特性机械特性eTeaeTCCrCUUn222机械特性曲线 调节特性曲线 1.1.31.1.3、无刷直流电动机的运行特性、无刷直流电动机的运行特性控制电机控制电机1.有位置传感器控制 转子位

8、置传感器替代了电刷，电子换向电路替代了机械式换向器。因此，电子控制系统是永磁无刷直流电机不可缺少的组成部分。换向 信号 逻辑 变换 电路 转子位置 译码电路功率开关电路 保 护 电 路 控 制 电 路控制电路部分 控制指令 电子换向电路部分转子位置传感器永磁电机本体电动机部分1.1.41.1.4、控制方法控制方法控制电机控制电机单片机控制永磁无刷直流电动机原理图 控制电机控制电机1. 速度控制 通过脉宽调制（PWM）方法改变电压大小实现速度调节。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

9、是通过改变绕组的通电顺序来改变电机转向。ZAXBYCnNS控制电机控制电机A. 有两套位置传感器要改变绕组的通电顺序，就要切换位置传感器的输出信号。(a) 顺时针方向旋转(b)逆时针方向旋转控制电机控制电机顺时针方向旋转时，Wa,Wb, Wc输出信号；逆时针方向旋转时，Wa,Wb, Wc输出信号。 正反转控制逻辑图控制电机控制电机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1H1H1H2H2H2H3H3H3H控制电机控制电机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101V1V2101V4V5100V2V3001V3V4110V3V4011V2V3010V4V5010V1V2011V5V6110V6V1001V6V1100