无刷直流电机

无刷直流电动机课程：控制电机2013.05.08一、问题的提出直流电动机虽然具有优良的调速和起动特性，但由于存在电刷和换向器，需要经常性维护，并且会产生火花和电磁干扰，限制了它的应用范围。近年发展起来的无刷直流电动机就是为了克服换向器和电刷的滑动接触而发展起来的新型直流电动机。有刷直流电动机工作原理无刷直流电动机系统图1.1无刷直流电动机系统1.1.1基本组成无刷直流电机构成框图

电枢静止，磁极旋转，且磁极为永久磁铁。电枢绕组中电流的换向是借助于转子位置传感器和电子开关线路来实现的，所以，无刷直流电动机一般都是由电动机、位置传感器、控制器和电子开关线路四部分组成。无刷直流电动机结构

(a)结构示意图

(b)定转子实际结构

1.电动机本体

表面式磁极

嵌入式磁极

环形磁极

内转子结构形式

实际电机

结构示意图

外转子无刷直流电动机

2.逆变器b)四相半桥主电路

a)三相半桥主电路1)非桥式（半桥式）——半控型2.逆变器2)桥式——全控型c)星形联结三相桥式主电路2.逆变器d)三角形联结三相桥式主电路

2)桥式——全控型2.逆变器2)桥式——全控型e)正交两相全控型主电路2.逆变器2)桥式——全控型f)封闭形联结四相桥式主电路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3.位置检测器位置检测器有位置传感器检测无位置传感器检测磁敏式光电式电磁式接近开关式反电动势检测续流二极管工作状态检测定子三次谐波检测瞬时电压方程法转子位置传感器(1)磁敏式位置传感器—霍尔元件1、三个霍尔元件在空间依次相差120o电角度2、传感器磁极与转子磁极同轴旋转、极数相等、极性相对应外形 电路原理 开关特性霍尔集成电路(2)电磁式位置传感器高频励磁输入输出绕组转子磁心定子磁心(3)光电式位置传感器遮光盘4.控制器控制器模拟控制系统

数字控制系统

分立元件加少量集成电路构成的模拟控制系统

基于专用集成电路的控制系统

数模混合控制系统

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

永磁无刷直流电机系统图1.1.2基本工作原理

V1V6导通 V1V2导通转子每转过60o，逆变器开关管换流一次、定子磁状态改变一次，电机有6个磁状态，三相各导通120o。——两相导通三相六状态三相六状态绕组与开关管导通顺序表1.机械特性机械特性曲线调节特性曲线1.1.3、无刷直流电动机的运行特性1.有位置传感器控制转子位置传感器替代了电刷，电子换向电路替代了机械式换向器。因此，电子控制系统是永磁无刷直流电机不可缺少的组成部分。1.1.4、控制方法单片机控制永磁无刷直流电动机原理图

1.速度控制通过脉宽调制（PWM）方法改变电压大小实现速度调节。2.正、反转控制有刷电机：改变励磁磁场的极性或电枢电压的极性。无刷电机：原理相同，但因功率管的单向导电性，不能靠简单地改变电源电压极性使电机反转，而是通过改变绕组的通电顺序来改变电机转向。A.有两套位置传感器要改变绕组的通电顺序，就要切换位置传感器的输出信号。(a)顺时针方向旋转 (b)逆时针方向旋转顺时针方向旋转时，Wa,Wb,Wc输出信号；逆时针方向旋转时，W’a,W’b,W’c输出信号。

正反转控制逻辑图B.一套位置传感器正：A相导通反：C相导通正：C相导通反：B相导通正：B相导通反：A相导通1H1H1H2H2H2H3H3H3H二相导通方式传感器信号与功率管开关导通逻辑关系正转反转H1H2H3导通管H1H2H3导通管101V1V2101V4V5100V2V3001V3V4110V3V4011V2V3010V4V5010V1V2011V5V6110V6V1001V6V1100V5V62.无位置传感器控制

无位置传感器控制是指无机械式位