第5章 无刷直流电动机控制系统ppt课件.ppt

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1、无刷直流电动机控制系统伺服系统第5篇内容提要无刷直流电动机的组成结构和工作原理无刷直流电动机的基本公式和数学模型无刷直流电动机的转矩的波动无刷直流电动机的驱动控制无位置传感器的无刷直流电动机的驱动控制无刷直流电动机驱动控制的专用芯片介绍无刷直流电动机的结构特点无刷直流电动机的转子位置传感器直流无刷电动机的换向原理第一节无刷直流电动机的组成结构和工作原理无刷直流电动机和一般的永磁有刷直流电动机相比，在结构上有很多相近或相似之处，用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极，用具有三相绕组的定子取代电枢，用逆变器和转子位置检测器组成的电子换向器取代有刷直流电

2、动机的机械换向器和电刷，就得到了三相永磁无刷直流电动机。无刷直流电动机属于三相永磁同步电动机的范畴，永磁同步电动机的磁场来自电动机转子上的永久磁铁，永久磁铁的特性在很大程度上决定了电动机的特性，目前采用的永磁材料主要有铁淦氧、铝钴镍以及SmCO5和Sm2CO17。图5-1对比了现用的几种永久磁铁的磁特性。由图可知，铝镍钴永磁合金的磁场强度H值范围很小。铁淦氧磁铁磁感应强度B与磁场强度H小范围成线性关系，线性关系最大的是钕铁硼合金，这种合金称为第三代稀土永磁合金。无刷直流电动机的结构特点在转子上安装永久磁铁的方式有两种。一种是将成形永久磁铁装在转子表面，既所

3、谓外装式；另一种是将成形永久磁铁埋入转子里面，既所谓的内装式，如图5-2所示。根据永久磁铁安装在转子上的方法的不同，永久磁铁的形状可分为扇形和矩形两种，从而有图5-3所示的永久磁铁转子的不同结构。扇形磁铁构造的转子具有电枢电感小，齿槽效应转矩小的优点。但易受电枢反应的影响，又由于磁通不可能集中，气隙磁密度低，电极呈现凸极特性。矩形磁铁构造的转子呈现凸极特性，电枢电感大，齿槽效应转矩大。但磁通可集中，形成高磁通密度，适用于大容量电动机。由于电动机呈现凸极特性，可利用磁阻转矩。这种转子结构的永久磁铁也不容易飞出，适用于较高高速运转。根据确定的转子结构所对应的每

4、相励磁磁动势分布的不同，三相永磁同步电动机可分为两种类型：正弦波型和方波型永磁同步电动机，前者每相励磁磁动势分布是正弦波状，后者每相励磁磁动势分布呈方波状。永磁同步电动机的控制系统属于自控式变频系统，电动机的换向状态是有转子的位置决定的，电动机的控制频率是由转子的运行速度决定的，这就需要转子的位置检测器。转子的位置检测器有很多种，正弦波永磁同步电动机一般采用旋转变压器、绝对式光电脉冲编码器或增量式光电脉冲编码器作为位置检测元件，而在永磁无刷直流电动机（方波电动机）中，一般采用简易型的位置检测器，该器件不能用来检测转子的精确位置。无刷直流电动机的转子位置传感

5、器位置传感器是无刷直流电动机系统的组成部分之一，也是区别于有刷直流电动机的主要标志。其作用是检测主转子在运动过程中的位置，将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，以控制它们的导通与截止，使电动机电枢绕组中的电流随着转子的位置变化按次序换相，形成气隙中步进式的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断的旋转。位置传感器有很多种，霍尔位置传感器是目前应用最广泛的。霍尔传感器按其功能和应用可分为线性型、开关型、锁定型三种。（1）线性型线性型传感器是由电压调整器、霍尔元件、差分放大器、输出级等部分组成，为变化的磁感应强度，得到与磁感应强度成线性

6、关系的输出电压。可用于磁场测量、电流测量、电压测量等。（2）开关型开关型传感器是由电压调整器、霍尔元件、差分放大器、施密特触发器和输出级等部分组成。输入为磁感应强度，输出为开关信号。直流无刷电动机的转子位置检测器属于开关型的传感器。直流无刷电动机位置传感器分为位置传感器定子和位置传感器转子。一个指示转子的位置，一个检测转子的位置。霍尔位置传感器必须满足以下两个条件：1）位置传感器在一个电周期内所产生的开关状态是不重复的，每一个开关状态所占的电角度应相等。2）位置传感器在一个电周期内所产生的开关状态数应和电动机的工作状态数相对应。图5-4表明，无刷直流电动机

7、转子位置传感器输出信号HA、HB、HC在每360度电角度内按顺序给出六个代码，101、100、110、010、011、001。顺序与正反转有关。图5-5是无刷直流电动机的电子换向器主回路，有六只功率开关元件组成的三相H形桥式逆变电路。图5-6是无刷直流电动机的定子绕组结构示意图。直流无刷电动机的换向原理分析无刷电动机的换相过程有两个途径：（1）利用“定子空间的扇区图”来分析换相过程。（2）通过分析电动机的三相反电动势来分析。六个扇区与转子位置检测器检测的六个代码一一对应。转子位于哪个扇区就会输出对应的代码。从分析三相无刷直流电动机的三相反电动势的角度，同样

8、也可以理解其换相过程。基本思路是：为了获得最大的转矩，应当使每相的