无刷直流电动机(2)ppt课件

1、第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机控制电机控制电机 直流电动机由于调速性能好、堵转转矩大等优点而直流电动机由于调速性能好、堵转转矩大等优点而在各种运动控制系统中等到广泛运用，但是直流电动机在各种运动控制系统中等到广泛运用，但是直流电动机具有电刷和换向器安装，运转时所构成的机械摩擦严重具有电刷和换向器安装，运转时所构成的机械摩擦严重影响了电机的精度和可靠性，因摩擦而产生的火花还会影响了电机的精度和可靠性，因摩擦而产生的火花还会引起无线电干扰。电刷和换向器安装使直流电动机构造引起无线电干扰。电刷和换向器安装使直流电动机构造复杂、噪音大，维护也比较困难。所以，长期以来人们复杂、噪音大，维护也

2、比较困难。所以，长期以来人们在不断寻求可以不用电刷和换向器安装的直流电动机。在不断寻求可以不用电刷和换向器安装的直流电动机。 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机 随着电子技术、随着电子技术、 计算机技术和永磁资料的迅速开计算机技术和永磁资料的迅速开展，诞生了无刷直流电动机。这种电动机是典型的机电展，诞生了无刷直流电动机。这种电动机是典型的机电一体化产品，它利用电子开关线路和位置传感器来替代一体化产品，它利用电子开关线路和位置传感器来替代电刷和换向器，既具有直流电动机的运转特性，又具有电刷和换向器，既具有直流电动机的运转特性，又具有交流电动机构造简单、运转可靠、维护方便等优点。另交流电动

3、机构造简单、运转可靠、维护方便等优点。另外，它的转速不再受机械换向的限制，可以制成转速高外，它的转速不再受机械换向的限制，可以制成转速高达每分钟几十万转的高速电动机。达每分钟几十万转的高速电动机。 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机第一节第一节 无刷直流电动机的组成及原理无刷直流电动机的组成及原理一、根本组成一、根本组成第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机1.1.电动机本体电动机本体第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机2. 2. 电子开关线路电子开关线路第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机3. 3. 转子位置传感器转子位置传感

4、器 位置传感器也是无刷直流电动机的重要组成部分，位置传感器也是无刷直流电动机的重要组成部分，其作用是检测转子磁场相对于定子各相绕组的位置，以其作用是检测转子磁场相对于定子各相绕组的位置，以确定各相绕组导通和关断的顺序。它有多种构造方式，确定各相绕组导通和关断的顺序。它有多种构造方式，常见的有电磁式、光电式和霍尔元件式，其根本原理可常见的有电磁式、光电式和霍尔元件式，其根本原理可参阅有关检测技术的书籍。参阅有关检测技术的书籍。第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机二、任务原理二、任务原理 与普通构造的永磁直流电动机不同，在无刷直流电与普通构造的永磁直流电动机不同，在无刷直流电动机中，电枢绕组

5、放置在定子上，永磁体那么放置在转动机中，电枢绕组放置在定子上，永磁体那么放置在转子上。定子各相电枢绕组相对于转子永磁体的位置，由子上。定子各相电枢绕组相对于转子永磁体的位置，由转子位置传感器经过电子方式或电磁方式所感知，并利转子位置传感器经过电子方式或电磁方式所感知，并利用其输出信号，经过电子开关线路，按照一定的逻辑程用其输出信号，经过电子开关线路，按照一定的逻辑程序去驱动与电枢绕组相衔接的电力电子开关器件，把电序去驱动与电枢绕组相衔接的电力电子开关器件，把电流导通到相应的电枢绕组。流导通到相应的电枢绕组。第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机 随着转子的延续旋转，位置传感器不断地发送转子

6、随着转子的延续旋转，位置传感器不断地发送转子位置信号，使电枢绕组不断地依次通电，不断地改动通位置信号，使电枢绕组不断地依次通电，不断地改动通电形状，从而使得转子各磁极下电枢导体中流过电流的电形状，从而使得转子各磁极下电枢导体中流过电流的方向一直不变。方向一直不变。 这就是无刷直流电动机电子换向的本这就是无刷直流电动机电子换向的本质。质。 下面就以三相导通三相星形六形状的无刷直流电动下面就以三相导通三相星形六形状的无刷直流电动机为例图机为例图6-5，进一步阐明无刷直流电动机的任务原，进一步阐明无刷直流电动机的任务原理。理。 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机第六章第六章 无刷直流电动机无

7、刷直流电动机第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机电源正极电源正极V1管和管和V5管管A相和相和C相绕组相绕组B相绕组相绕组V6管管电源负极电源负极 电源正极电源正极V1管管A相绕组相绕组B相和相和C相绕组相绕组V6管和管和V2管管电源负极电源负极 “A+B-C+通电形状通电形状 “A+B-C-通电形状通电形状 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机 从表从表6-1可以看出，在可以看出，在1个周期内电动机共有个周期内电动机共有6个通电个通电形状，每个形状都是三一样时导通，每次换向都只需一形状，每个形状都是三一样时导通，每次换向都只需一个开关器件的形状发生改动，而每个开关器件继续导通个开

8、关器件的形状发生改动，而每个开关器件继续导通的角度均为的角度均为180电角度。电角度。 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机 综合以上分析可以看出，无刷直流电动机经过检测综合以上分析可以看出，无刷直流电动机经过检测转子磁极的假设干位置，来决议定子侧逆变电路开关器转子磁极的假设干位置，来决议定子侧逆变电路开关器件的通断时辰，从而保证定子合成磁动势在平均意义上件的通断时辰，从而保证定子合成磁动势在平均意义上与转子永磁体磁动势同步，这也是无刷直流电动机有与转子永磁体磁动势同步，这也是无刷直流电动机有“同步电动机之称的一个重要缘由。显然，无刷直流同步电动机之称的一个重要缘由。显然，无刷直流电动机

9、定子合成磁动势所产生的是一种腾跃式的旋转磁电动机定子合成磁动势所产生的是一种腾跃式的旋转磁场，因此相应的电磁转矩必然存在一定的脉动。场，因此相应的电磁转矩必然存在一定的脉动。第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机第二节第二节 无刷直流电动机的电枢反响无刷直流电动机的电枢反响 电动机负载时电枢绕组电流所产生的磁场对电动机负载时电枢绕组电流所产生的磁场对主磁场的影响称为电枢反响。无刷直流电动机的主磁场的影响称为电枢反响。无刷直流电动机的电枢反响与电枢绕组的衔接方式、逆变电路的通电枢反响与电枢绕组的衔接方式、逆变电路的通电方式、电动机的转向、形状角的大小以及电机电方式、电动机的转向、形状角的大小

10、以及电机磁路的饱和程度都有关系。磁路的饱和程度都有关系。 下面以三相导通三相星形六形状的无刷直流下面以三相导通三相星形六形状的无刷直流电动机为例，分析其电枢反响的根本特点。电动机为例，分析其电枢反响的根本特点。 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机 选取图选取图6-6(a)6-6(a)所示的所示的“A+B-C+A+B-C+通电形状，通电形状， 在磁极在磁极位置角位置角分别等于分别等于0 0、/6/6、/3/3时将电枢磁动势时将电枢磁动势FSFS沿沿转子直轴和交轴方向分解，得到直轴电枢磁动势转子直轴和交轴方向分解，得到直轴电枢磁动势FSdFSd和和交轴电枢磁动势交轴电枢磁动势FSqFSq，

11、如图，如图6-76-7所示。所示。 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机 由图可见，在一个通电形状内，直轴电枢磁动势在由图可见，在一个通电形状内，直轴电枢磁动势在刚开场时，呈现最大去磁刚开场时，呈现最大去磁 图图6-7(a)6-7(a)，=0=0，然后去磁，然后去磁作用逐渐减小；在作用逐渐减小；在1/21/2通电形状时，直轴电枢磁动势为通电形状时，直轴电枢磁动势为零，既不去磁也不增磁零，既不去磁也不增磁 图图6-7(b)6-7(b)，=/6=/6；在后半；在后半个通电形状内，直轴电枢磁动势的增磁作用逐渐加大，个通电形状内，直轴电枢磁动势的增磁作用逐渐加大，最后到达最大增磁最后到达最大增磁

12、 图图6-7(c)6-7(c)，=/6=/6。 直轴电枢磁动势的最大值为直轴电枢磁动势的最大值为 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机2sinmSSdmFF6-1电枢绕组合成磁动势的幅值电枢绕组合成磁动势的幅值 m/3形状角形状角 无刷直流电动机的形状角普通较大，直轴电枢反响无刷直流电动机的形状角普通较大，直轴电枢反响磁动势可以到达相当大的数值，假设永磁资料磁性能不磁动势可以到达相当大的数值，假设永磁资料磁性能不佳或设计不合理，极有能够呵斥永磁体永久失磁，这是佳或设计不合理，极有能够呵斥永磁体永久失磁，这是需求特别留意的问题。需求特别留意的问题。 与普通直流电动机一样，交轴电枢磁动势对主

13、磁场与普通直流电动机一样，交轴电枢磁动势对主磁场的影响是使气隙磁场波形发生畸变。对于径向充磁的外的影响是使气隙磁场波形发生畸变。对于径向充磁的外表式转子构造表式转子构造 图图6-8(a)6-8(a)，由于交轴方向上永磁体本身，由于交轴方向上永磁体本身的磁阻很大，故交轴电枢磁动势所引起的气隙磁场畸变的磁阻很大，故交轴电枢磁动势所引起的气隙磁场畸变较小，通常可以不予思索。较小，通常可以不予思索。 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机 对于切向充磁的内嵌式转子构造对于切向充磁的内嵌式转子构造 图图6-8(b)6-8(b)，由于，由于交轴方向上极靴铁心的

14、磁阻很小，故交轴电枢磁动势可交轴方向上极靴铁心的磁阻很小，故交轴电枢磁动势可导致气隙磁场发生较大畸变，使主磁极一端磁通加强，导致气隙磁场发生较大畸变，使主磁极一端磁通加强，另一端磁通减弱。假设磁路不饱和，那么加强部分和减另一端磁通减弱。假设磁路不饱和，那么加强部分和减弱部分相等；反之，那么产生一定的饱和去磁作用。畸弱部分相等；反之，那么产生一定的饱和去磁作用。畸变的气隙磁场也会引起电磁转矩的脉动，不利于电动机变的气隙磁场也会引起电磁转矩的脉动，不利于电动机的正常运转，这也是设计时需求留意的问题。的正常运转，这也是设计时需求留意的问题。第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机第三节第三节 无刷

15、直流电动机的运转特性无刷直流电动机的运转特性一、等效电路一、等效电路 为简单起见，以外表式永磁体转子构造的两为简单起见，以外表式永磁体转子构造的两相导通三相星形六形状的无刷直流电动机为例进相导通三相星形六形状的无刷直流电动机为例进展分析，并作如下假定：展分析，并作如下假定： (1) (1) 气隙磁密在空间呈梯形波或近似方波气隙磁密在空间呈梯形波或近似方波分布。分布。 (2) (2) 三相绕组对称，其对应的电路单元也完三相绕组对称，其对应的电路单元也完全一致。全一致。 (3) (3) 忽略电枢齿槽效应、电枢反响和换向过忽略电枢齿槽效应、电枢反响和换向过程等的影响。程等的影响。第六章第六章 无刷直

16、流电动机无刷直流电动机定子三相绕组的电压平衡方程为定子三相绕组的电压平衡方程为 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机6-2cbacbacbacbap000000eeeiiiLMMMLMMMLiiiRRRuuu当三相绕组为当三相绕组为Y Y联接且没有中线时联接且没有中线时0cbaiii6-3acbMiMiMi6-4第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机cbacbacbacbap000000000000eeeiiiMLMLMLiiiRRRuuu6-5二、根本公式二、根本公式1. 1. 感应电动势感应电动势第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机单根导体在气隙磁场中的感应电动势为单根导体

17、在气隙磁场中的感应电动势为 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机6-6vlBea电枢导体的有效长度电枢导体的有效长度 导体的线速度导体的线速度 26060Dnp nv设电枢绕组每相串联匝数为设电枢绕组每相串联匝数为NN，每相绕组的感应电动，每相绕组的感应电动势势eNE26-7梯形波气隙磁密的每极磁通为梯形波气隙磁密的每极磁通为 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机ailB6-8比较式比较式6-66-6与式与式6-86-8，可得，可得 计算极弧系数计算极弧系数 npei6026-9把上式代入式把上式代入式6-76-7，可得，可得 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机6-10 从

18、直流端看，任何时辰两相导通三相星形无刷直流从直流端看，任何时辰两相导通三相星形无刷直流电动机的感应电动势都是两相绕组感应电动势的串联，电动机的感应电动势都是两相绕组感应电动势的串联，所以有所以有 npNEi15ei2215pNEEnCn6-11ei215pNC2. 2. 电枢电流电枢电流 不思索开关器件动作的过渡过程，并忽略电枢绕组不思索开关器件动作的过渡过程，并忽略电枢绕组的电感，无刷直流电动机的电压平衡方程式可以简化为的电感，无刷直流电动机的电压平衡方程式可以简化为6-12第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机aad22RIEUU开关器件的管压降开关器件的管压降 daa22UUEIR6

19、-133. 3. 电磁转矩电磁转矩 无刷直流电动机的电磁功率为无刷直流电动机的电磁功率为第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机aem2EIP6-14 根据电动机电磁功率与电磁转矩的根本关系，无刷根据电动机电磁功率与电磁转矩的根本关系，无刷直流电动机的电磁转矩为直流电动机的电磁转矩为 emaeaTai24PEIpNTICI6-15iT4pNC 602 n4. 4. 电机转速电机转速 由式由式6-116-11、式、式6-126-12，可得无刷直流电动机，可得无刷直流电动机的转速为的转速为 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机6-16在理想空载情况下，电机转速为在理想空载情况下，电机转速为

20、 ed22CRIUUnaaddi0ei227.5215UUUUUnpNCpN6-17 由以上推导过程可以看出，无刷直流电动机的根本由以上推导过程可以看出，无刷直流电动机的根本公式与普通直流电动机是类似的，因此可以估计无刷直公式与普通直流电动机是类似的，因此可以估计无刷直流电动机具有和普通直流电动机一样优良的运转特性。流电动机具有和普通直流电动机一样优良的运转特性。三、运转特性三、运转特性1. 1. 机械特性机械特性 由式由式6-166-16和式和式6-156-15可以得到无刷直流电动可以得到无刷直流电动机的机械特性方程机的机械特性方程 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机ddedeee2

21、eT222(2)2aaaUUI RUUnTURC CUTCC6-18斜率斜率 相应的特性曲线如图相应的特性曲线如图6-116-11所示。可见，无刷直流电所示。可见，无刷直流电动机的机械特性为不断线，随着直流电源电压的添加，动机的机械特性为不断线，随着直流电源电压的添加，机械特性向上平移，而直线斜率机械特性向上平移，而直线斜率坚持不变。坚持不变。 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机开关器件的管压开关器件的管压降增大，使实践降增大，使实践加在电枢绕组上加在电枢绕组上的电压减小。的电压减小。 2. 2. 调理特性调理特性 根据式根据式6-186-18，并利用，并利用Te=TLTe=TL的关系

22、，可以得到的关系，可以得到无刷直流电动机的调理特性方程无刷直流电动机的调理特性方程第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机dL(2)nUUT6-19始动电压始动电压U0 相应的调理特性曲线如图相应的调理特性曲线如图6-126-12所示。可见，无刷直所示。可见，无刷直流电动机的调理特性也为不断线，随着负载转矩的添加，流电动机的调理特性也为不断线，随着负载转矩的添加，机械特性向右平移，而直线斜率机械特性向右平移，而直线斜率 坚持不变。坚持不变。 从以上分析可以看出，无刷直流电动机的两个主要从以上分析可以看出，无刷直流电动机的两个主要运转特性运转特性机械特性和调理特性都是线性的，可以经机械特性和调

23、理特性都是线性的，可以经过调理直流电源电压实现无级调速，过调理直流电源电压实现无级调速， 调速控制性能优调速控制性能优良。良。 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机第四节第四节 无刷直流电动机的转矩脉动无刷直流电动机的转矩脉动* * 无刷直流电动机输出转矩大，动态呼应迅速，无刷直流电动机输出转矩大，动态呼应迅速，调速控制方便，可靠性高，因此它的运用越来越调速控制方便，可靠性高，因此它的运用越来越广泛。广泛。 但是，无刷直流电动机固有的转矩脉动但是，无刷直流电动机固有的转矩脉动问题却不断限制着其在高精度系统中的运用。对问题却不断限制着其在高精度系统中的运用。对于高精度系统，转矩脉动是衡量无

24、刷直流电动机于高精度系统，转矩脉动是衡量无刷直流电动机性能的一项重要目的。因此，分析转矩脉动构成性能的一项重要目的。因此，分析转矩脉动构成的缘由，研讨消除或抑制转矩脉动的方法具有非的缘由，研讨消除或抑制转矩脉动的方法具有非常重要的意义。常重要的意义。第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机 呵斥无刷直流电动机转矩脉动的缘由很多，主要可呵斥无刷直流电动机转矩脉动的缘由很多，主要可以分为以下五个方面：以分为以下五个方面：1. 1. 电磁要素引起的转矩脉动电磁要素引起的转矩脉动 这是由于定子电流和转子磁场相互作用而产生的转这是由于定子电流和转子磁场相互作用而产生的转矩脉动，它与电流波形、感应电动势

25、波形、气隙磁通密矩脉动，它与电流波形、感应电动势波形、气隙磁通密度的分布有着直接关系。度的分布有着直接关系。 1 1优化设计法优化设计法 2 2最正确开通角法最正确开通角法 3 3谐波消去法谐波消去法 4 4转矩反响法转矩反响法第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机2. 2. 电流换向引起的转矩脉动电流换向引起的转矩脉动 无刷直流电动机任务时，无刷直流电动机任务时， 定子绕组按一定顺序换定子绕组按一定顺序换流。由于各相绕组存在电感，妨碍电流的瞬时变化，每流。由于各相绕组存在电感，妨碍电流的瞬时变化，每经过一个磁形状，电枢绕组中的电流从某一相切换到另经过一个磁形状，电枢绕组中的电流从某一相切

26、换到另一相时将引起电磁转矩的脉动。一相时将引起电磁转矩的脉动。 1 1电流反响法电流反响法 2 2滞环电流法滞环电流法 3 3重叠换向法重叠换向法 4 4PWMPWM斩波法斩波法第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机3. 3. 齿槽效应引起的转矩脉动齿槽效应引起的转矩脉动 无刷直流电动机定子铁心为了安放定子绕组必然要无刷直流电动机定子铁心为了安放定子绕组必然要有齿和槽，由于定子齿槽的存在，引起气隙不均匀，一有齿和槽，由于定子齿槽的存在，引起气隙不均匀，一个齿距内的磁通相对集中于齿部，个齿距内的磁通相对集中于齿部， 使气隙磁导不是常使气隙磁导不是常数。当转子旋转时，气隙磁场就要发生变化，产生

27、齿槽数。当转子旋转时，气隙磁场就要发生变化，产生齿槽力矩。齿槽力矩与转子位置有关，因此引起转矩脉动。力矩。齿槽力矩与转子位置有关，因此引起转矩脉动。齿槽力矩是永磁电机的固有特性，在电机低速轻载运转齿槽力矩是永磁电机的固有特性，在电机低速轻载运转时，齿槽力矩将引起明显的转速动摇，进而产生振动和时，齿槽力矩将引起明显的转速动摇，进而产生振动和噪声。因此，如何减弱齿槽力矩是永磁电机设计中较为噪声。因此，如何减弱齿槽力矩是永磁电机设计中较为重要的目的之一。重要的目的之一。第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机4. 4. 电枢反响引起的转矩脉动电枢反响引起的转矩脉动 无刷直流电动机的电枢反响比较复杂

28、，根据电枢反无刷直流电动机的电枢反响比较复杂，根据电枢反响的性质，电枢反响磁动势可分解为交轴分量和直轴分响的性质，电枢反响磁动势可分解为交轴分量和直轴分量。量。 交轴电枢反响磁动势交轴电枢反响磁动势 会使气隙主磁场波形发生畸会使气隙主磁场波形发生畸变，使气隙主磁场的磁感应强度不再是空载时的方波，变，使气隙主磁场的磁感应强度不再是空载时的方波，感应电动势也随之畸变，从而导致感应电动势与电枢电感应电动势也随之畸变，从而导致感应电动势与电枢电流的不匹配，进而引起转矩脉动。流的不匹配，进而引起转矩脉动。 直轴电枢反响磁动势在转子旋转过程中对主磁场先直轴电枢反响磁动势在转子旋转过程中对主磁场先去磁、后增

29、磁，使负载每极总磁通在空载每极总磁通的去磁、后增磁，使负载每极总磁通在空载每极总磁通的附近变化。附近变化。 这样，这样， 感应电动势和电磁转矩也要发生变感应电动势和电磁转矩也要发生变化，但影响不大。化，但影响不大。 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机5. 5. 机械加工引起的转矩脉动机械加工引起的转矩脉动 机械加工和资料的不一致也是引起无刷直流电动机机械加工和资料的不一致也是引起无刷直流电动机转矩脉动的重要缘由之一。如电机机械加工及装配时产转矩脉动的重要缘由之一。如电机机械加工及装配时产生的尺寸和形位偏向，定子冲片各槽分布不均匀，定子生的尺寸和形位偏向，定子冲片各槽分布不均匀，定子内外

30、圆偏心，内外圆偏心， 定、转子同轴度偏向等产生的单边磁拉定、转子同轴度偏向等产生的单边磁拉力，轴承系统的摩擦转矩不均匀，转子位置传感器定位力，轴承系统的摩擦转矩不均匀，转子位置传感器定位不准导致的转矩脉动，各相绕组参数不对称及电子元器不准导致的转矩脉动，各相绕组参数不对称及电子元器件性能参数的差别而导致的转矩脉动，磁路中各零件资件性能参数的差别而导致的转矩脉动，磁路中各零件资料特别是永磁体性能不一致而产生的转矩脉动等等。因料特别是永磁体性能不一致而产生的转矩脉动等等。因此，提高工艺加工程度也是减少转矩脉动的重要措施。此，提高工艺加工程度也是减少转矩脉动的重要措施。第六章第六章 无刷直流电动机无

31、刷直流电动机第五节第五节 无刷直流电动机的选用无刷直流电动机的选用一、无刷直流电动机的主要技术数据一、无刷直流电动机的主要技术数据 (1) (1) 电动机常数电动机常数KMKM。 是电动机的一个质量是电动机的一个质量目的，单位为目的，单位为Nm/W1/2Nm/W1/2。对于一个给定体积的。对于一个给定体积的电动机而言，电动机而言，KMKM值越高，电动机的功率就越大。值越高，电动机的功率就越大。 (2) (2) 电动势常数电动势常数KeKe。 指在单位转速下电枢指在单位转速下电枢绕组所感应产生的电压，绕组所感应产生的电压，Ke=CeKe=Ce。 (3) (3) 力矩常数力矩常数KTKT。 指在单

32、位电枢电流下所指在单位电枢电流下所产生的电磁转矩，又称为力矩灵敏度，产生的电磁转矩，又称为力矩灵敏度，KT=CTKT=CT。 (4) (4) 电气时间常数电气时间常数ee。指当给电枢绕组施。指当给电枢绕组施加单位阶跃输入电压后，电枢电流到达加单位阶跃输入电压后，电枢电流到达63%63%稳态稳态值所需的时间。值所需的时间。第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机 (5) 峰值力矩峰值力矩Tp。 指在冷态指在冷态20C条件下，在条件下，在10s之内电之内电枢绕组的温度不超越最大允许值的情况下，电动机所能平安产生枢绕组的温度不超越最大允许值的情况下，电动机所能平安产生的力矩。当然，产生峰值力矩时也

33、不应超出永磁体所允许的最大的力矩。当然，产生峰值力矩时也不应超出永磁体所允许的最大去磁磁动势。去磁磁动势。 (6) 延续堵转力矩延续堵转力矩TCS。 指在转子被堵转和无限长的时间周期指在转子被堵转和无限长的时间周期内电枢绕组的温度不超越最大允许值的条件下，电动机所能平安内电枢绕组的温度不超越最大允许值的条件下，电动机所能平安产生的力矩。延续堵转力矩是在规定的安装条件下，如安装在什产生的力矩。延续堵转力矩是在规定的安装条件下，如安装在什么外形、什么尺寸和由什么资料制成的散热板上丈量得到的数值。么外形、什么尺寸和由什么资料制成的散热板上丈量得到的数值。第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机二、

34、无刷直流电动机与永磁同步电动机的比较二、无刷直流电动机与永磁同步电动机的比较 无刷直流电动机将电子线路与电机融为一体，把先无刷直流电动机将电子线路与电机融为一体，把先进的电子技术、微机控制技术运用于电机领域，是典型进的电子技术、微机控制技术运用于电机领域，是典型的机电一体化产品，促进了电机及控制技术的开展。无的机电一体化产品，促进了电机及控制技术的开展。无刷直流电动机属于永磁式电动机。目前，在自动控制系刷直流电动机属于永磁式电动机。目前，在自动控制系统中普遍运用的永磁电动机有两大类，即无刷直流电动统中普遍运用的永磁电动机有两大类，即无刷直流电动机机BDCMBDCMBrushless DC Mo

35、torBrushless DC Motor和永磁同步电动机和永磁同步电动机PMSMPMSMPermanent Magnet Synchronous MotorPermanent Magnet Synchronous Motor。这里将两。这里将两者的主要区别做个比较，以备选用电机之参考。者的主要区别做个比较，以备选用电机之参考。第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机1. 1. 设计理念设计理念 设计无刷直流电动机的出发点是用装有永磁体的转设计无刷直流电动机的出发点是用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极，将原直流电动机的子取代有刷直流电动机的定子磁极，将原直流电动机的转子电枢变为定

36、子，如图转子电枢变为定子，如图6-136-13所示。有刷直流电动机是所示。有刷直流电动机是依托机械换向器将直流电流转换为近似梯形波的交流，依托机械换向器将直流电流转换为近似梯形波的交流，而而BDCMBDCM是将方波电流实践上也是梯形波直接输入定是将方波电流实践上也是梯形波直接输入定子，其益处就是省去了机械换向器和电刷，也称为电子子，其益处就是省去了机械换向器和电刷，也称为电子换向。为产生恒定电磁转矩，要求系统向换向。为产生恒定电磁转矩，要求系统向BDCMBDCM输入三相输入三相对称方波电流，同时要求对称方波电流，同时要求BDCMBDCM的每相感应电动势为梯形的每相感应电动势为梯形波，因此也称波

37、，因此也称BDCMBDCM为方波电动机。为方波电动机。 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机 而设计永磁同步电动机的出发点是直接用永磁体取而设计永磁同步电动机的出发点是直接用永磁体取代电励磁同步电动机转子上的励磁绕组，以省去励磁线代电励磁同步电动机转子上的励磁绕组，以省去励磁线圈、滑环和电刷，如图圈、滑环和电刷，如图6-146-14所示。所示。PMSMPMSM的定子与电励磁的定子与电励磁同步电动机根本一样，要求输入定子的电流依然是三相同步电动机根本一样，要求输入定子的电流依然是三相正弦的。为产生恒定电磁转矩，要求系统向正弦的。为产生恒定电磁转矩，

38、要求系统向PMSMPMSM输入三输入三相对称正弦电流，同时要求相对称正弦电流，同时要求PMSMPMSM的每相感应电动势为正的每相感应电动势为正弦波，因此也称弦波，因此也称PMSMPMSM为正弦波电动机。为正弦波电动机。 第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机2. 2. 构外型式构外型式 由于气隙磁密等的波形不同图由于气隙磁密等的波形不同图6-156-15，两者定、，两者定、转子的构造均有所差别。无刷直流电动机的定子通常采转子的构造均有所差别。无刷直流电动机的定子通常采用整距集中绕组，转子永磁体那么采用外表瓦片式构造，用整距集中绕组，转子永磁体那么采

39、用外表瓦片式构造，永磁体厚度均匀；而永磁同步电动机的定子采用短距分永磁体厚度均匀；而永磁同步电动机的定子采用短距分布绕组，转子永磁体主要有两类：一类是外表永磁体构布绕组，转子永磁体主要有两类：一类是外表永磁体构造，另一类是内置永磁体构造。这两种构造均可确保气造，另一类是内置永磁体构造。这两种构造均可确保气隙磁密的波形接近正弦。隙磁密的波形接近正弦。第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机3. 3. 控制方式控制方式 当由变频电源供电时，永磁同步电动机可在开环控当由变频电源供电时，永磁同步电动机可在开环控制下调

40、速运转，起动时转子上无需另装起动绕组。假设制下调速运转，起动时转子上无需另装起动绕组。假设转轴上装有位置传感器，那么可构成基于位置反响、闭转轴上装有位置传感器，那么可构成基于位置反响、闭环控制的自控式永磁同步电动机；无刷直流电动机的转环控制的自控式永磁同步电动机；无刷直流电动机的转轴上普通装有位置传感器，并做成自控式。轴上普通装有位置传感器，并做成自控式。第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机4. 4. 电磁转矩电磁转矩 永磁同步电动机利用旋转变压器或旋转编码器延续永磁同步电动机利用旋转变压器或旋转编码器延续检测转子位置，并根据转子的转速随时调整定子侧逆变检测转子位置，并根据转子的转速随时

41、调整定子侧逆变器的控制频率，以确保定子旋转磁动势与转子永磁体磁器的控制频率，以确保定子旋转磁动势与转子永磁体磁动势同步，因此所产生的电磁转矩根本上是恒定的；而动势同步，因此所产生的电磁转矩根本上是恒定的；而无刷直流电动机那么仅需检测转子的假设干位置即可，无刷直流电动机那么仅需检测转子的假设干位置即可，根据这些位置便可决议定子侧逆变器开关器件的通断时根据这些位置便可决议定子侧逆变器开关器件的通断时辰，从而保证定子旋转磁动势在平均意义上与转子永磁辰，从而保证定子旋转磁动势在平均意义上与转子永磁体磁动势同步，因此所产生的电磁转矩存在一定的脉动。体磁动势同步，因此所产生的电磁转矩存在一定的脉动。第六章

42、第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机5. 5. 功率密度功率密度 从体积和分量角度看，无刷直流电动机的功率密度从体积和分量角度看，无刷直流电动机的功率密度要比永磁同步电动机高，其功率密度普通是永磁同步电要比永磁同步电动机高，其功率密度普通是永磁同步电动机的动机的1.151.15倍，这主要归因于无刷直流电动机是方波电倍，这主要归因于无刷直流电动机是方波电动机，其磁密有效值与幅值的比值要比永磁同步电动机动机，其磁密有效值与幅值的比值要比永磁同步电动机高，单位峰值电流所产生的电磁转矩或输出功率较高，单位峰值电流所产生的电磁转矩或输出功率较大。大。第六章第六章 无刷直流电动机无刷直流电动机6. 6. 运用场所运用场所 无刷直流电动机的转速是经过调理直流端的电压来无刷直流电动机的转速是经过调理直流端的电压来控制的，故控制系