稀土永磁无刷直流电动机课件2

第三章稀土永磁无刷直流电动机

Chapter3REPMBrushlessDCMotor(BLDCM)1第三章稀土永磁无刷直流电动机

Chapter3第一节概述无刷直流电动机的发展无刷直流电动机的优点稀土永磁无刷直流电动机的优越性无刷直流电动机的构成无刷直流电动机的系统图稀土永磁无刷直流电动机结构2第一节概述无刷直流电动机的发展2

无刷直流电动机的发展电机理论稀土永磁材料电力电子器件专用集成电路计算机新型控制理论3无刷直流电动机的发展电机理论3无刷直流电动机的优点可靠性高维护方便结构简单特性好散热容易转速不受机械换向限制噪声小4无刷直流电动机的优点可靠性高4稀土永磁无刷直流电动机的优越性体积小、重量轻转动惯量小、动态特性好气隙大、力矩脉动小方波电机设计、方波驱动抗去磁能力强磁路设计简化5稀土永磁无刷直流电动机的优越性体积小、重量轻5无刷直流电动机的构成框图

6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

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无刷直流电动机系统总体框图功率主电路驱动电路PWM及逻辑合无刷直流电动机的系统图8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9稀土永磁无刷直流电动机工作原理示意图91010图（a），电流流通路径：电源正极---V1---A相---B相---V6---电源负极图（b），电流流通路径：电源正极---V1---A相---C相---V2---电源负极从（a）到（b）的60°电角范围：转子磁场连续转动定子合成磁场不动11图（a），电流流通路径：11稀土永磁无刷直流电动机工作原理定子合成磁场为跳跃式旋转磁场，每个步进角是60°电角转子每转过60°电角，逆变器开关管换流一次电机有6个磁状态，每一磁状态均为两相导通

120°

导通型逆变器：每相流过电流的时间相当于转子转电角每个开关管的导通角为120°12稀土永磁无刷直流电动机工作原理定子合成磁场为跳跃式旋转磁场，1313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结构示意图14

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转子结构15稀土永磁无刷直流电动机的逆变器两种主电路形式：桥式非桥式最常用的主电路三相星形六状态三相星形三状态16稀土永磁无刷直流电动机的逆变器两种主电路形式：16

1717转子位置传感器作用：检测转子磁极相对于定子绕组轴线的位置常用的形式：磁敏式电磁式光电式接近开关式18转子位置传感器作用：18第二节基本公式方波电动机普通无刷直流电动机数学模型19第二节基本公式方波电动机19方波电动机稀土永磁径向激磁20方波电动机稀土永磁20

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：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——皮肌炎的症状表现皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、心、肺、肾等多脏器严重方波电动机集中整距绕组

q=1二相导通星形三相六状态磁场宽度>120°电势平顶宽>120°22方波电动机集中整距绕组221．

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。

单根导体在气隙磁场中感应电势为（V）(3-1)

式中Bδ为气隙磁感应强度；

L为导体的有效长度；231．

电枢绕组感应电势单根导体在气隙磁场中感应电势为23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则有

(V)(3-6)

设电枢绕组每相串联匝数为则每相绕组的感应电势为

(V)(3-3)

将式（3-2）代入式（3-1）得

(V)(3-4)24设电枢绕组每相串联匝数为24方波电动机1．

电枢绕组感应电势将式（3-6）代入式（3-3）得每相绕组感应电势

(V)(3-7)

则线电势，即电枢感应电势为

(V)(3-8)

式中为电势常数25方波电动机1．

电枢绕组感应电势25方波电动机2.电枢电流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。由上式得

(A)(3-10)26方波电动机2.电枢电流26方波电动机3.电磁转矩在任一时刻，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27方波电动机3.电磁转矩27方波电动机3.电磁转矩

(N.m)(3-12)

式中为转矩常数28方波电动机3.电磁转矩28方波电动机4．转速将式（2-8）代入式（2-9）得

(r/min)空载转速为

(r/min)29方波电动机4．转速29普通无刷直流电动机普通永磁材料励磁气隙磁场近似为正弦波电势近似为正弦波设计中近似处理—仅考虑基波30普通无刷直流电动机普通永磁材料励磁3031313232稀土永磁无刷直流电动机的数学模型由于方波电动机的气隙磁场、反电势以及电流都是非正弦的，因此采用直、交轴坐标变换已不是有效的分析方法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由于方波电动机的气隙磁场、反稀土永磁无刷直流电动机的数学模型

以两相导通星形三相六状态为例，假设：①定子三相完全对称；②忽略齿槽效应，绕组均匀分布于光滑定子的表面内；③忽略磁路饱和，不计涡流和磁滞损耗；④不考虑电枢反应，气隙磁场分布近似为矩形波，平顶宽度为120º电角度；⑤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以两相导通星形三相六状稀土永磁无刷直流电动机的数学模型定子电压方程

式中－定子相绕组电压（V）；－定子相绕组电流（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35稀土永磁无刷直流电动机的数学模型定子电压方程35稀土永磁无刷直流电动机的数学模型因电机三相绕组完全对称，所以令则定子电压方程简化为：（3-19）36稀土永磁无刷直流电动机的数学模型因电机三相绕组完全对称，所以三相方波电流和三相梯形波反电势37三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当三相绕组为星形连接，且没有中线，则有并且代人式（3－19），得电压方程为：38稀土永磁无刷直流电动机的数学模型当三相绕组为星形连接，且没有稀土永磁无刷直流电动机的数学模型电磁转矩为

式中－转子角速度39稀土永磁无刷直流电动机的数学模型电磁转矩为39方波驱动电机的等效电路图40方波驱动电机的等效电路图40第三章稀土永磁无刷直流电动机

Chapter3REPMBrushlessDCMotor(BLDCM)41第三章稀土永磁无刷直流电动机

Chapter3第一节概述无刷直流电动机的发展无刷直流电动机的优点稀土永磁无刷直流电动机的优越性无刷直流电动机的构成无刷直流电动机的系统图稀土永磁无刷直流电动机结构42第一节概述无刷直流电动机的发展2

无刷直流电动机的发展电机理论稀土永磁材料电力电子器件专用集成电路计算机新型控制理论43无刷直流电动机的发展电机理论3无刷直流电动机的优点可靠性高维护方便结构简单特性好散热容易转速不受机械换向限制噪声小44无刷直流电动机的优点可靠性高4稀土永磁无刷直流电动机的优越性体积小、重量轻转动惯量小、动态特性好气隙大、力矩脉动小方波电机设计、方波驱动抗去磁能力强磁路设计简化45稀土永磁无刷直流电动机的优越性体积小、重量轻5无刷直流电动机的构成框图

46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

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47无刷直流电动机系统总体框图功率主电路驱动电路PWM及逻辑合无刷直流电动机的系统图48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49稀土永磁无刷直流电动机工作原理示意图95010图（a），电流流通路径：电源正极---V1---A相---B相---V6---电源负极图（b），电流流通路径：电源正极---V1---A相---C相---V2---电源负极从（a）到（b）的60°电角范围：转子磁场连续转动定子合成磁场不动51图（a），电流流通路径：11稀土永磁无刷直流电动机工作原理定子合成磁场为跳跃式旋转磁场，每个步进角是60°电角转子每转过60°电角，逆变器开关管换流一次电机有6个磁状态，每一磁状态均为两相导通

120°

导通型逆变器：每相流过电流的时间相当于转子转电角每个开关管的导通角为120°52稀土永磁无刷直流电动机工作原理定子合成磁场为跳跃式旋转磁场，5313稀土永磁无刷直流电动机结构示意图54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55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两种主电路形式：桥式非桥式最常用的主电路三相星形六状态三相星形三状态56稀土永磁无刷直流电动机的逆变器两种主电路形式：16

5717转子位置传感器作用：检测转子磁极相对于定子绕组轴线的位置常用的形式：磁敏式电磁式光电式接近开关式58转子位置传感器作用：18第二节基本公式方波电动机普通无刷直流电动机数学模型59第二节基本公式方波电动机19方波电动机稀土永磁径向激磁60方波电动机稀土永磁20

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：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——皮肌炎的症状表现皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、心、肺、肾等多脏器严重方波电动机集中整距绕组

q=1二相导通星形三相六状态磁场宽度>120°电势平顶宽>120°62方波电动机集中整距绕组221．

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。

单根导体在气隙磁场中感应电势为（V）(3-1)

式中Bδ为气隙磁感应强度；

L为导体的有效长度；631．

电枢绕组感应电势单根导体在气隙磁场中感应电势为23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则有

(V)(3-6)

设电枢绕组每相串联匝数为则每相绕组的感应电势为

(V)(3-3)

将式（3-2）代入式（3-1）得

(V)(3-4)64设电枢绕组每相串联匝数为24方波电动机1．

电枢绕组感应电势将式（3-6）代入式（3-3）得每相绕组感应电势

(V)(3-7)

则线电势，即电枢感应电势为

(V)(3-8)

式中为电势常数65方波电动机1．

电枢绕组感应电势25方波电动机2.电枢电流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。由上式得

(A)(3-10)66方波电动机2.电枢电流26方波电动机3.电磁转矩在任一时刻，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67方波电动机3.电磁转矩27方波电动机3.电磁转矩

(N.m)(3-12)

式中为转矩常数68方波电动机3.电磁转矩28方波电动机4．转速将式（2-8）代入式（2-9）得

(r/min)空载转速为

(r/min)69方波电动机4．转速29普通无刷直流电动机普通永磁材料励磁气隙磁场近似为正弦波电势近似为正弦波设计中近似处理—仅考虑基波70普通无刷直流电动机普通永磁材料励磁3071317232稀土永磁无刷直流电动机的数学模型由于方波电动机的气隙磁场、反电势以及电流都是非正弦的，因此采用直、交轴坐标变换已不是有效的分析方法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。73稀土永磁无刷直流电动机的数学模型由于方波电动机的气隙磁场、反稀土永磁无刷直流电动机的数学模型

以