【《无刷直流电机基本工作原理分析》2000字】

无刷直流电机基本工作原理分析目录TOC\o"1-3"\h\u14653无刷直流电机基本工作原理分析 1220551.1无刷直流电机的系统组成 1237861.2无刷直流电机的基本运行原理 2170361.3无刷直流电机的数学模型 4114141.3.1无刷直流电机的转矩和运动方程 4173011.3.2无刷直流电机的电压方程 4198231.4小结 5无刷直流电机的系统组成图2-SEQ图2-\*ARABIC1无数直流电机系统图如图2-1所示，一个电机系统是由永磁电动机本体、功率开关逆变器、转子位置检测电路（有位置传感器或者无位置传感器）组成的“电动机系统”。无刷直流电动机的转子是永磁体，定子由三相供电绕组组成，三相绕组在通入电流源之后会自动产生一个顺着逆时针或者是逆时针两个方向快速旋转的磁场，形成一个电磁转矩，使得转子旋转。电源向无刷直流电机提供能量，位置检测器检测转子位置获取转子位置信号，然后向控制器发送转子位置信号，控制电路将位置传感器提供的位置信号通过转换模块转换后产生PWM驱动信号ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>谢少华</Author><Year>2020</Year><RecNum>41</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>41</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1620880769">41</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>谢少华</author></authors></contributors><auth-address>新疆农业职业技术学院农业工程学院;</auth-address><titles><title>基于STC单片机的无刷直流电机控制系统设计%J电子元器件与信息技术</title></titles><pages>130-132</pages><volume>4</volume><number>02</number><keywords><keyword>STC单片机</keyword><keyword>PID</keyword><keyword>控制系统</keyword><keyword>无刷直流电机</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>2096-4455</isbn><call-num>10-1509/TN</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[10]，驱动逆变器各功率开关管MOSFET，电机定子的各相绕组按一定规律导通关断，产生旋转磁场，使得转子以顺时针旋转或者以逆时针旋转，并且产生持续不断的推力。BLDCM的定子结构与永磁同步电机相似，电枢绕组可以Y型连接或者△连接。永磁体大多采用矫顽力大、剩磁感应密度高的稀土永磁材料制作而成。常见的转子结构有三种形式：（1）表面式磁极（又称瓦型磁极）ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>莫会成</Author><Year>2007</Year><RecNum>42</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>42</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1620880918">42</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>莫会成</author></authors></contributors><auth-address>西安微电机研究所西安710077</auth-address><titles><title>永磁无刷电动机系统发展现状%J电气技术</title></titles><pages>16-23</pages><number>10</number><keywords><keyword>永磁无刷电动机</keyword><keyword>永磁交流伺服电动机</keyword><keyword>无刷直流电动机</keyword><keyword>电磁式位置传感器</keyword><keyword>无铁心</keyword><keyword>电枢槽</keyword><keyword>永磁体</keyword><keyword>磁极位置</keyword><keyword>电机参数</keyword><keyword>发展现状</keyword></keywords><dates><year>2007</year></dates><isbn>1673-3800</isbn><call-num>11-5255/TM</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[11]。这类转子结构可以减少转矩脉动，应用较多。（2）环形磁极。这种转子磁极产生磁场较小，所以用于小功率电机上。（3）嵌入式磁极（又称矩形磁极）。这种导轨结构的主要优点之一就是能够给出的磁通比较大，但缺点之二就是它还需要对磁化作出隔磁处理，使电机的结构变得复杂。无刷直流电机的基本运行原理如图2-2所示，BLDCM的转子是永磁体，所以没有必要向转子通电，因此也米有必要使用电刷和换向器。通过控制定子线圈的电流方向和大小来控制产生的磁场，再通过改变不同相的导通从而产生旋转的磁场，使电动机正常运转。图2-SEQ图2-\*ARABIC2无刷直流电机模型无刷直流电动机通过三相Y型连接，二二导通。一个周期内，电机转子转动一周可分为六个状态，每个状态占60个电度角。即每经过60个电度角后，霍尔传感器发出的信号指令改变一次，位置信号转换成逆变器的驱动信号控制无刷直流电机导通相的改变。以下以“一对极二二导通三相六状态”为例，分析其运行状态。三相绕组均匀分布在定子上，他们的空间位置两两相差120°。其中，A、B、C分别表示引线端，X、Y、Z表示出线端。符号⊕表示电流流入方向，符号⊙表示电流流出方向，符号○表示没有电流流过即该相绕组悬空。图2-3和图2-4中FA、FB、FC用虚线表示单相绕组产生的磁场的磁势。实线如FAB表示的是两相电流流过导线而形成的磁势的叠加。Ff是转子永磁体本身带有的磁场形成的磁势。依次按照AB、AC、BC、BA、CA、CB的顺序导通由此依次合成FAB、FAC、FBC、FBA、FCA、FCB的磁场，每次跳跃60°，形成旋转磁场。下面先分析AB状态到BC状态的换相过程（AB到BC），如图2-3所示。图2-SEQ图2-\*ARABIC3AB相到BC相的换相过程A相和B相导通，C相不导通时，为AB导通状态。图2-3中(a)、(b)、(c)是AB相导通状态。(d)、(e)、(f)为CB相导通状态。当绕组AB相通电时，产生合成磁势FAB，转子的永磁体磁势是Ff，FAB与Ff相差120°。当转子转到如图2-3(c)时刻，此时应该换相，换相完毕后如图(d)所示，BC相导通，A相绕组没有电流，形成了合成磁势FCB，再次与Ff相差120°。再转过60°，再次换相，依次循环往复。图2-SEQ图2-\*ARABIC4一个周期内的换相过程无刷直流电机的数学模型以一对极三相的无刷直流电机为例建立微分方程的数学模型，电机定子绕组为“Y”型连接集中整距绕组，转子采用隐极式的结构，并在此结构基础上做如下假设来简化分析过程ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Ruiqing</Author><Year>2005</Year><RecNum>23</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[12]</style></DisplayText><record><rec-number>23</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1618472910">23</key></foreign-keys><ref-typename="ConferenceProceedings">10</ref-type><contributors><authors><author>MaRuiqing</author><author>LiuWeiguo</author><author>LuoGuangzhao</author><author>HuYashanAutomationCollege</author><author>NorthwesternPolytechnicalUniversity</author><author>Xi'an710072</author><author>China</author></authors><subsidiary-authors><author>中国电子学会、中国电机工程学会、国家自然科学基金委员会、IeeeBeijingSection、TheKoreanInstituteofElectricalEngineers、TheInstituteofElectricalEngineersofJapan</author></subsidiary-authors></contributors><titles><title>TheBalancedCurrentControlofDual-RedundancyPermanentMagneticBrushlessDCMotor</title><secondary-title>2005国际电机与系统学术会议</secondary-title></titles><pages>5</pages><keywords><keyword>Rareearthpermanentmagnet</keyword><keyword>brushlessdcmotor</keyword><keyword>dual-redundancy</keyword><keyword>balancedcurrentcontrol.</keyword></keywords><dates><year>2005</year></dates><pub-location>中国南京</pub-location><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[12]：忽略电机铁心饱和，不计涡流损耗和磁滞损耗；不考虑电枢反应，气隙磁场波形认为是平顶宽度为120个电角度的梯形波ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>谢春华</Author><Year>2012</Year><RecNum>43</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>43</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydf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