chater5-永磁无刷电动机驱动技术

第5章永磁无刷电动机驱动技术5.1永磁无刷电动机驱动系统5.2永磁无刷电动机5.3永磁无刷电动机控制技术5.4永磁无刷电动机的发展方向5.1永磁无刷电动机驱动系统一、永磁无刷电动机的优点结构紧凑、运行可靠、效率高、功率密度大、损耗小、外形尺寸设计灵活二、类型1、磁通的路径和电流的走向

径向型、轴向型和直线型以及横向磁场2、按永磁体摆放的位置转子永磁型和定子永磁型3、施加电流和反电动势的波形永磁无刷交流和永磁无刷直流5.1永磁无刷电动机动系统三、驱动系统的组成四、永磁无刷电动机驱动系统应用于电动汽车上的优点效率高、功率密度大瞬态特性好寿命较长，可靠性高可调参数多，控制灵活发展促进了相关技术的进步永磁材料的多样性使其驱动系统灵活多变五、无刷电机的结构无刷直流电机从结构上来看，与传统的直流电机主要区别在于：无刷电机具有旋转的永磁转子和固定的电磁绕组；有刷电机具有旋转的电枢绕组和固定的永磁定子。无刷电机的结构无刷直流电机本质上可看作是一台用电子换相装置取代机械换相装置的直流电机。安装在电机上的位置传感器来检测转子在运转过程中的位置。控制器为电子换相电路提供正确的换相信息，来控制电子换相电路中的功率开关管的开关状态，保证电机各相按正确顺序导通，在空间形成跳跃式的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断地旋转。无刷电机的换相原理我们假设在A、B、C三相电流流入为正，电流方向与线圈产生磁场方向相同。如图中Step1所示，对C相施加正向电压，对B施相加反向电压，A相处于高阻态，C、B两相产生的合磁场方向指向方位1。在Step2状态，对A相施加正向电压，对B相施加反向电压，C相处于高阻态，A、B两相产生的合磁场方向指向2。磁场偏转产生电磁扭矩，驱动永磁转子旋转。无刷电机的换相原理如此循环往复，便可以实现无刷直流电机的连续工作。无刷直流电机正转的换相状态图如图所示。从状态1至状态6，A=Z11Z00，B=00Z11Z，C=1Z01Z0，其中Z为高阻态。电机反转与之类似。无刷电机驱动电路的基本结构无刷电机驱动要完成的两个基本功能：换相和调速无刷直流电机的电子换相和调速需要逆变器来完成，逆变器用来控制电动机定子上各相绕组通电的顺序和时间。功率开关单元是换相电路的核心。无刷电机驱动电路的基本结构根据无刷直流电机的换相原理可知，电机各相电流要根据当前的转子位置来确定，即各绕组的相电压与位置传感器的输出值有严格的对应关系。本电机中三个霍尔传感器用于检测转子位置，控制器通过霍尔传感器的信号控制各功率管的通断。霍尔传感器与各相相电压之间的关系无刷电机驱动电路的基本结构无刷直流电动机速度控制，就是将合适的定子绕组与直流电源导通，对导通相进行PWM脉宽调制，进而影响磁场强度，改变转动力矩，调整速度大小永磁无刷电动机基本方程与性能分析不计磁滞、涡流及绕组间互感时，m相SR电机系统示意图

J—转子与负载的转动惯量

D—粘性摩擦系数

TL—负载转矩电路方程第k相绕组的相电压平衡方程:磁链方程所以：电阻压降变压器电动势运动电动势(转子位置改变)机械运动方程：式中 Te——电磁转矩；

J——系统的转动惯量；

B——粘性阻力系数；

TL——负载转矩。

5.2永磁无刷电动机

电动汽车对电动机驱动的基本要求1、具有高的转矩密度和功率密度2、具有非常宽的速度运行区间3、在大的转矩和转速范围内，都能保持高的运行效率4、具有很宽的恒功率运行区5、具有高的转矩能力6、具有大的过载能力7、高的可靠性和鲁棒性8、较低的噪声9、合理的价格10、有较高的发电效率和合理的电压调节范围5.2.1永磁材料一、表征永磁材料的主要参数剩余磁感应强度、矫顽力、最大磁能积、回复磁导率、居里温度和温度系数二、常见永磁材料铝镍钴、汝铁硼、铁氧体、稀土永磁材料5.2.2转子永磁型无刷电动机一、类型表面式、表面插入式、内置径向式和内置切向式二、输出转矩

5.2.3定子永磁型无刷电动机一、类型轭部直线式、轭部曲线式、齿部表面式和齿部嵌入式磁体结构二、优缺点

5.2.4永磁无刷电动机结构比较从效率、功率密度、速度范围、过载能力、可靠性和成熟度等性能比较（见书本P85页表5-2）5.3

永磁无刷电动机控制技术一、无刷直流和永磁同步运行1、无刷直流-方波电流、价格低廉但要闭环控制2、永磁同步-正弦波电流运行，成本高，但可开环控制二、恒功率运行对ＢＬＡＣ可采用弱磁控制，对ＢＬＤＣ可通过导通角控制来实现。改变反电动势（多极多相）、改变匝数(双凸极)三、效率最优控制1、对BLAC，通过调节输入电压和d轴电枢电流实现效率最优四、直接转矩控制五、人工智能控制-可靠性和智能性的矛盾六、无位置传感器控制5.4永磁无刷电动机的发展方向一、传统电动机的最大缺点-不能单一完成电动汽车驱动的全部要求二、未来-一体化的电动汽车机电能量传递系统三、未来的研究方向：