电机控制器基础知识ppt课件

1、.部门：杭州lvtian新能源科学技术讲师：李淑雅日期：2015.09.09QQ:645529932电话：1526817380 e-mail 3360 tech greensky-，电机控制器基础知识培训，马达控制器定义2。无刷直流电动机发展概述3。无刷直流电动机和电刷直流电动机的区别4。无刷直流电动机结构5。无刷直流电动机的基本原理分析6。无刷直流电动机运行特性7。无刷直流电动机控制系统8。变频器和电动机控制器的区别9。驱动器、控制器和编码器之间的关系10。无刷电动机控制器示例11。速度控制马达控制器范例12。电动三轮车控制器实例13。中空杯马达控制器范例。电动机控制器是通过集成电路的主动操

2、作，根据设置方向、速度、角度、响应时间来控制电动机的。具有电机复盖范围大，输出效率高，噪音小的优点。1-1电动机控制器是实现无刷直流电动机正常运行和各种调速伺服功能的命令中心，主要是对以下功能：的各种输入信号进行逻辑综合，为驱动电路提供各种控制信号。产生PWM脉宽调制信号，实现电机速度控制。实现短路、过流、低压和其他故障保护。无刷电动机控制器的原理无刷电动机控制器的基本维护无刷电动机控制器无刷电动机控制器是一种控制设备，可用于为三相无刷电动机提供闭合电路的整流控制信号，使用模式控制电动机速度，对电动机进行必要的保护，无刷电动机控制器比笔刷电动机控制器复杂得多。无刷直流电动机开发概述无刷直流电动

3、机是基于从名称上看就知道的笔刷直流电动机开发的。电刷直流电动机自20世纪40年代出现以来，具有出色的转矩控制特性，在相当一段时间内主导了运动控制领域。但是机器接触刷-整流器总是电流马达的致命弱点，降低系统的可靠性，在很多情况下限制其使用。进行了长期探索，以取代带有刷直流电动机的机器整流装置。早在1917年，bolg ior就用整数管代替了带刷直流电动机的机械刷，从而产生了无刷直流电动机的基本想法。无刷，是利用电子设备和传感设备代替直流电动机的换向器。这样可以减少马达滑动接触，消除整流火花，减少对无线电波的干扰。具有速度调节范围、平稳速度调节性能、快速启动、低噪音等优点。因此，无刷直流电动机系统

4、取得了快速发展。在1978年汉诺威贸易博览会上，前联邦德国的MANNESMANN公司正式推出了MAC无刷直流电动机及其驱动器，引起了世界各国的关注，随后国际上掀起了无刷直流系统开发和生产的热潮，这是无氧直流电动机走向实用阶段的信号。我国无刷直流电动机的研究起步较晚。1987年在北京举行的联邦德国金属加工设备展览会上，SIEMENS和BOSCH展示了永磁自主同步伺服系统和驱动器，引起了国内相关学者的关注，在这个国家掀起了开发和技术引进的热潮。经过多年努力，目前国内已有无刷直流电机系列，形成了一定的生产规模。，1-2无刷直流电动机开发概述，无刷直流永磁电动机与刷直流永磁电动机的比较，1-3无刷直流

5、电动机与刷直流电动机的区别，下面从几个方面讨论烘干机电动机、刷子电动机和无刷电动机的区别。1、适用范围：无刷电机用设备更多地用于乳品产业、酿酒业、肉类加工业、豆制品加工业、饮料加工业、糕点加工业、医药产业、电子精密工厂、等要求较高的无尘车间，如二醇电产无刷电机(DIHOUR)烘干机等。碳刷电机：只能在厕所等要求不是很高的地区使用，没有灰尘的工厂或防爆车间不能使用！2，寿命：无刷电动机：连续运行约20000小时，正常使用寿命7-10年。碳刷电机：连续运行约5000小时，正常使用寿命2-3年。3，使用效果：无刷电动机：高速运行，速度为90-95m/s，实际效果为5-7s干燥时间。碳刷电机：运行速度

6、和干手时间远低于无刷电机。4、节能领域：相反，无刷电机的功耗只有碳刷的三分之一。5、以后维护侧碳刷电机磨损后，更换碳刷、转齿等电机周围的附件，费用要高得多。最重要的是，整体功能会受到影响。6、噪音及寿命碳刷马达发出比无刷马达高得多的噪音，随后碳刷磨损，笔刷马达噪音变大，无刷马达不受影响。无刷直流电动机结构：无刷直流电动机包括三个基本部分：电动机体、位置传感器和电子整流开关电路。位置传感器与直流电动机刷相同，电子整流开关是静止整流子。1、电机本体由特定对数的永磁钢转子(也称为主转子)和多相电枢绕组(也称为主定子)组成。电枢绕组分为固定在定子铁心槽上的开闭式两种类型。电枢绕组有三相星形连接法、四相

7、角连接法、四相闭包连接法、两相正交连接法。绕组的末端连接到相应的电子开关电路。为了改善齿调节和减少转矩波动，电枢绕组可以使用分数槽绕组。电枢芯是由硅钢片的层压压力制成的。1-4无刷直流电动机结构，2，位置传感器主要检测转子的位置，并根据转子位置的变化依次供电。传感器转子和传感器定子与主转子同轴旋转，安装在定子外壳上。提供信号并根据一定的逻辑关系触发电子整流开关电路。位置传感器的配置和主要特性：磁感应转换：1)配置：传感器定子(按一定顺序配置的磁传感器霍尔元件、磁二极管或晶体管)2)特性：霍尔元件体积小，正向控制方便，提供随转子位置变化的信号，对温度敏感。电磁转换：1):配置：以一定顺序配置传感

8、器定子的电磁元件开路变压器(电感)；传感器转子(导向盘)2功能：可靠的结构，大而稳定的输出信号，地震，对环境要求不高，体积大。光电转换：1)配置：传感器定子(按顺序配置的光电元件光电二极管、晶体管、发光二极管或固态光)传感器转子(由光栅形成的旋转光束)4状态。3，电子整流开关电路根据位置传感器的信号由适当数量的晶体管等组成，并连接到相应的刷绕组。绕组类型突然电子开关电路耦合方法：三相星(开)绕组，单相传导，三相三相状态；四相(开)绕组，单相传导，四相四相状态；三相星(开)绕组，两相传导，三相六状态三相闭合绕组，三相传导，三相六状态；四相闭合绕组，单相传导，四相四态；两相正交(开口)绕组，单相传

9、导，两相4状态。无刷直流电动机的基本工作原理1无刷直流电动机转矩分析电动机主体的电枢绕组与三相星形连接，位置传感器和电动机转子逻辑切换位置信号后，产生控制信号，由驱动电路的隔离放大后，控制电动机各相绕组按一定顺序运行的逆变器的功率开关管。1-5无刷直流电动机的基本原理分析，如图1-1所示。当转子旋转(顺时针方向)到图a所示的位置时，从转子位置传感器输出的信号在控制电路的逻辑切换后驱动逆变器，向T1，T6传导，即a，b两相绕组供电，电流从电源的正极流向a相绕组。然后通过T1流向a相绕组，然后退出b相绕组。此时转子磁场相互作用，使电动机的转子顺时针旋转。转子在空间中旋转60的电气角度到达图b所示的

10、位置后，转子位置传感器输出信号通过控制电路的逻辑驱动逆变器，向T1、T2传导、a、c二相绕组供电，电流通过电源的阳极向a相绕组，通过T1向a相绕组，从c相绕组退出，通过T2返回电源阴极。这时转子的磁场相互作用，使电机的转子继续顺时针旋转。只要空间中有60个旋转角度，逆变开关就会切换到T1、T6T1、T2T3、T2T3、ttt45、tttt5、T6T1和T6的传导逻辑。在子期间，转子总是由顺时针方向的电磁扭矩工作，顺时针方向连续旋转。每当电子在空间中旋转60个电角，定子绕组做一次转换器，定子合成磁场的磁状态就会跳跃一次。马达有六种磁状态，每种状态都具有两相传导功能，每种相绕组的传导时间对应于转子

11、旋转120电角。无刷直流电动机的这种工作方式称为二相传导星形3相6状态，是无刷直流电动机最常见的工作方式之一。2无刷直流电动机和输出开关转换器信号无刷直流电动机的位置通常使用距离空间120电气角度的3个孔位置传感器检测，如果孔传感器位置磁场的极性发生变化，则由于空间中3个孔传感器位传感元件的位置因每个120电气角度的不同而改变传感器的输出水平。因此，如图1-2所示，对于a-2中的信号a，a上位置宽度为180电导角度：0-60度到T1，c上保持60度的电源宽度，因此T1和T6等于1。底部的传导管道为T4、T6和T2，为了避免桥接臂直通，T4没有导向，T2的传导时间还没有到来，因此可能是T6传导。

12、)在60度120度时，a相通电，b和c符合非传导周期，因此传导开关为T1和T2(T1和T2等于1)。其中T2准备b相电。在120度180度时，由于每个相位只有120电导每个传导时间，因此T1关闭(T1=0)，T2继续传导(b相开始进入传导周期)，此时T1关闭，T5不打开(防止桥接臂直通)，那么T3信号将成为此周期1。其他时间段的开关管传导情况也类似。理论上，只要三个位置传感器在空间上相差120度，就可以一直估计开关管的转换器瞬间。但是，为了简化控制电路，每个孔传感器的初始安装位置位于每个相位绕组的基点(r0=00)。那么，在r0=00的控制条件下，a相绕组开始通电的瞬间(即反转位相30度位置)

13、与a相位置传感器输出信号a的电平跳瞬间完全一致，因此需要T1开关管驱动导向。同样，其他交换机的传导瞬间也可以用同样的方法确定。此设计使用了额定电压UH=36V、电枢额定电流IaH=8.5A、电枢峰值电流IaP15A、额定速度nH=350r/min、额定功率PH=250W的三相无刷永磁直流电动机。图1-2无刷电动机位置检测和开关管驱动信号，表1-2无刷电动机直流电源控制开关开关开关开关开关开关开关开关开关开关开关开关开关开关，1-6无刷直流电动机运行特性，1)，机械特性无刷直流电动机的机械特性为：(1-1)，UT-开关设备的管压降Ia-电枢电流Ce-电动机的电动势常数-各等级磁通可见无刷直流电动

14、机的机械特性与常规直流电动机的机械特性表达式相同，机械在不同的电源电压下，可以得到机械特性曲线簇，如图1-3所示。转矩大、速度慢的情况下，通过开关管和电枢绕组的电流大的情况下，随着电流的增加，管压降迅速增加，电枢绕组的电压减少，图中所示的机械特性曲线偏离直线向下弯曲。图1-3机械特性曲线簇，2)，调节特性无刷直流电动机的调节特性如图1-4所示。图1-4调整特性，(1-2)，(1-3)，调整特性的起始电压和斜度分别为：从机械特性和调整特性可以看出，无刷直流电动机与普通直流电动机一样，具有良好的速度控制性能，可以调整电源电压，实现未经授权的速度控制。永磁的励磁磁场不能调节，不能通过励磁速度调节。3

15、)，工作特性电枢电流与输出转矩的关系，效率输出转矩的关系如图1-5所示。图1-5操作特性，输出额定转矩时电动机效率和低损耗是无刷直流电动机的重要特征之一。1)、构成无刷直流电动机系统的BrushlessDCMotor (BLDCM)是典型的机电一体化产品，由电动机体、位置探测器、逆变器和控制器组成，或者是自控制变频同步电动机。位置探测器检测转子磁极的位置信号，控制器逻辑处理转子位置信号，生成相应的开关信号，开关信号按一定的顺序触发逆变器的电源开关设备，将电源功率以一定的逻辑关系分配给电动机定子相位绕组，从而在电机上产生持续转矩。现在，无刷直流电动机各部分的基本结构如下所述。1-7无刷直流电动机

16、控制系统，1电机本体无刷直流电动机的初始设计思想来自直流电动机的定子和转子位置相互交换，其转子来自用永磁结构产生气隙磁通的普通刷直流电动机；定子是电枢，多么相对的绕组。原来的直流电动机的刷子和机器换向器被逆变器和转子位置探测器取代了。所以无刷直流电动机的电机本体实际上是一种永磁同步电动机。无刷直流电动机的电动机本体是永磁电动机，因此也称为永磁无刷直流电动机。定子的结构通常与同步电动机或感应电动机相同，铁芯上嵌入了多少相对绕组。绕组可以用星形或三角形连接，分别连接到逆变器的每个开关管，三相无刷直流电动机是最常见的。2变频器目前无刷直流电动机的逆变主开关通常使用IGBT或功率MOSFET等全控制设

17、备，部分主电路已经具有集成电源模块(PIC)和智能电源模块(IPM)，可以提高系统的可靠性。无刷直流电动机定子绕组的相位数可以分别选择，绕组的连接方式有星和角，逆变器有半桥和全桥两种。不同的组合会对马达产生不同的效能和成本。综合以下三个指标有助于做出正确的选择。(1)绕组利用率。与普通直流电动机不同，无刷直流电动机的绕组间歇性供电。通过适当提高绕组利用率，同时增加供电导体的数量，可以降低阻力，提高效率。从这一点看，三相绕组比四相及五相绕组好。(2)转矩脉动。无刷直流电动机的输出转矩脉动大于普通直流电动机的转矩脉动。一般相数越多，扭矩的脉动就越小。使用桥主电路比使用非桥主电路转矩脉动小。(3)电路成本。相位越多，逆变电路使用的开关管越多，成本就越高。桥主电路使用的交换机是半桥的两倍，成本高。多相电动机的逆变结构复杂，成本高。因此，目前应用的星形连接三相桥式主电路最多。三位置探测器位置探测器的作用是检测转子磁极和定子绕组的位置信号，为逆变器提供正确的