无刷电机原理及其驱动控制.pdf

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1、第第44部分部分无刷直流电动机无刷直流电动机及其控制系统及其控制系统PermanentMagnetBrushlessDCMotors(PMBLDCMs)1三相三状态BLDCM原理传感器：H1=1H2=0H3=1导通相：B2传感器：H1=1H2=0H3=0导通相：B3传感器：H1=1H2=1H3=0导通相：C4传感器：H1=0H2=1H3=0导通相：C5传感器：H1=0H2=1H3=1导通相：A6传感器：H1=0H2=0H3=1导通相：A7传感器：H1=1H2=0H3=1导通相：B81.11.1无刷直流电动机系统无刷直流电动机系

2、统1.1.1基本组成直流电源逆变器电机本体输出位置检测器控制信号控制器无刷直流电机构成框图91.电动机本体定子永磁转子传感器定子传感器转子(b)定转子实际结构(a)结构示意图无刷直流电动机结构10NSNNSNNNSSSSSSNNSSNSSNSNNSNN表面式磁极嵌入式磁极环形磁极内转子结构形式11外转子永磁体绕组内定子实际电机结构示意图外转子无刷直流电动机122.逆变器1)非桥式（半桥式）——半控型USUSABCABCDa)三相半桥主电路b)四相半桥主电路132.逆变器2)桥式——全控型VT1VD1VT3VD3VT5VD5AU

3、SCBVT4VD4VT6VD6VT2VD2c)星形联结三相桥式主电路142.逆变器2)桥式——全控型VT1VD1VT3VD3VT5VD5UASVT4VD4VT6VD6VT2VD2CBd)三角形联结三相桥式主电路152.逆变器2)桥式——全控型ABUSe)正交两相全控型主电路162.逆变器2)桥式——全控型AUSDBCf)封闭形联结四相桥式主电路17主电路选择原则绕组利用率：三相绕组优于四相、五相绕组转矩脉动：相数越多，转矩脉动越小电路成本：相数越多，电路成本越高星形联接三相桥式主电路应用最多183.位置检测器磁敏式光电式有位置

4、传电磁式感器位检测接近开关式置正余弦变压器检编码器测器反电动势检测无位置传续流二极管工作状态检测感器定子三次谐波检测检测瞬时电压方程法194.控制器分立元件加少量集成电路构成的模拟控制系统模拟控制系统基于专用集成电路的控制系统控制数模混合控制系统器数字控制系统全数字控制系统控制器是无刷直流电动机正常运行并实现各种调速伺服功能的指挥中心201.1.21.1.2基本工作原理基本工作原理永磁无刷直流电机系统图控制电路对转子位置传感器检测的信号进行逻辑变换后产生脉宽调制PWM信号，经过驱动电路放大送至逆变器各功率开关管，从而控制电动机

5、各相绕组按一定顺序工作，在电机气隙中产生跳跃式旋转磁场。21工作原理转子每转过60o，逆变器开关管换流一次、定子磁状磁极图示位置→位置信号磁极转过60o图示位置o→态改变一次，电机有6个磁状态，三相各导通120—→—逻辑变换两相导通三相六状态→V1、V6开通位置信号→逻辑变换→A、B相导通→I:E+-A-→V1、V2开通→A、C转子磁场顺时针连续旋转、定子磁场隔相导通→60I:E+O跳跃旋转-A-C-E-B-E-→电机顺时针旋转——自同步电机自同步电机→电机顺时针旋转22两相导通星形三相六状态时绕组和开关管导通顺序表231.1

6、.3无刷直流电动机与永磁同步电动机由变频器供电的永磁同步电动机加上转子位置闭环控制系统后构成自同步永磁电动机，既具有永磁直流电动机的优异调速性能，又实现了无刷化。无刷直流电动机出力大、控制简单、成本低，其调速性能已能达到低速转矩脉动小于3％、调速比大于1:10000的水平，因而越来越多地受到人们的青睐。无刷直流电动机与永磁同步电动机两种驱动模式的波形比较如下图所示。24BBOOtteaeaOOttiaiaOOttTaTaOOttTeTeOOtt(a)无刷直流电动机(b)永磁同步电动机251.2无刷直流电

7、动机的主电路及其工作方式无刷直流电动机的主电路主要有星形联结三相半桥式、星形联结三相桥式和角形联结三相桥式三种形式。1.2.11.2.1星形连接三相半桥主电路星形连接三相半桥主电路USABCVT1VT2VT3H1H2H326在三相半桥主电路中，位置信号有1/3周期为高电平、2/3周期为低电平，各传感器之间的相位差也是1/3周期，如图所示。H10120240360480tH20120240360480tH30120240360480t旋转磁场在360电角度范围内有三种磁状态，每种磁状态持续120电角度。我们把这种工作方

8、式叫做单相导通星形三相三状态。271.2.21.2.2星形连接三相桥式主电路星形连接三相桥式主电路+VT1VT3VT5ABUSCVT4VT6VT2-位置检测器的三个输出信号通过逻辑电路控制这些开关管的导通和截止，其控制方式有两种：二二导通二二导通方式和三三导通方式。281.二