微特电机课件完整版chap07_永磁无刷直流电机
合集下载
chap07永磁无刷直流电机精选PPT课件
直流电动机的不足
解决措施：
电刷的磨损与维护； 机械式换向火花，限制了应用场合； 难以实现高速运行；
通过电力电子式逆变器完成直流到交流的转换； 通过转子位置传感器检测转子位置，完成换向片与电刷的作
用，以决定换流时刻； 考虑到实现的方便性，定、转子位置颠倒，组成反装式直流
电动机。
河南科技大学电信学院
3）再转过120度，C相导通。
河南科技大学电信学院
15
A相通电
Ff
Ff
Fa
7.永磁无刷直流电机
上述过程可以看成按一定顺序换相通
电的过程，或者磁场旋转的过程，定
子各相绕组在气隙中所形成的旋转磁
场是跳跃运动的，一周内有三种状态， 每种磁场状态持续120°，他们跟踪 转子并与转子的磁场相互作用，产生
驱使转子旋转的电磁转矩。
河南科技大学电信学院
21
7.永磁无刷直流电机
(T6、T1) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
H3 转子位置传感器
(T6、T1) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
河南科技大学电信学院
18
7.永磁无刷直流电机
(T6、T1) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T磁场。因此，所产生的电磁转矩为脉动转矩。
减小转矩脉动的方法是增加一周内的磁状态数，如二相导通六 状态。
河南科技大学电信学院
17
7.永磁无刷直流电机
➢二相导通星形六状态
V1
D1 V3
US
V4
V6
D4
D3 V5
微型永磁直流电动机PPT讲座(第一讲)概要
（16）
式中，U ——电枢回路上两端的电压（V）； raj ——电枢电阻（ ）；T ——负载转矩（ N m ）；Tf —— 电动机内部的机械损耗转矩（ N m ）。经验表明，同一台永磁直流电动机在一般正常转速范围内（含空载）， 由铁芯损耗和机械损耗所产生的阻力矩基本不变。可用空载时的损耗所对应的转矩T ，来替代Tf 。
图8
19
Na
第一讲 UN
2、主要特性
2.1 机械特性
如果忽略电枢反应和其他引起磁通变化等次要因素，认为电动机的
气隙磁通 是一常数。此外，不计电势和电流的脉动分量，那末，电
动机在稳态运行情况下，电枢绕组的感应电势为
，电磁转
矩
，而且，电枢回路的电压平衡方程式为：
U raj I Ea
（15）
以及转矩方程式：Tem T Tf
对 求导数，且使导数为零，可得对应最大效率 时的感应电势
并得到
公式（28）表明：电动机的最大效率，取决于空载时电枢电阻压降的相 对值；在端电压 一定的情况下，取决于空载电流和电枢电阻。空载电流 由对应于转子铁芯损耗和机械损耗的损失转矩决定。
26
Na
第一讲 UN
2、主要特性
2.1 机械特性
对应于最大效率时的转速、电流、转矩和功率均可求得：
图1
图2
6
第一讲
1.2 工作原理
换向器和电刷的作用——能使线圈边电流方向改变 的作用。
图3
7
第一讲
1.2.1电枢电磁转矩
通常在电动机的一个磁极下，气隙磁通沿电枢铁芯外圆圆周分布是不均匀的。 在磁极的中心位置磁通 磁密度B最大，且从磁极中心线位置向两磁极边缘时，磁通 密度逐渐变小，直至为零。磁通密度为零的位置恰好处在两磁极间的几何中心线上。 如图4所示。
《无刷直流电机》课件
维护与成本
无刷直流电机结构简单，维护成本较低，而交流电机结构复杂，维护 成本较高。
与永磁同步电机的比较
磁场结构
无刷直流电机采用电子换向，没有永磁同步电机的永磁体，因此 磁场结构不同。
调速性能
永磁同步电机具有较高的效率和转矩密度，但调速范围较窄；而无 刷直流电机调速范围广，适用于多种应用场景。
成本与维护
可靠性
总结词
无刷直流电机具有较高的可靠性，能够保证长期稳定运行。
详细描述
无刷直流电机采用电子换向技术，减少了机械磨损和故障，因此具有较高的可靠 性。此外，无刷直流电机还具有较长的使用寿命和较低的维护成本，这使得它在 需要高可靠性的应用中成为理想选择，如医疗器械、军事装备等领域。
04
无刷直流电机的驱动控制
无刷直流电机的成本和维护相对较低，而永磁同步电机由于使用了 永磁材料，成本较高，但具有更高的效率和性能。
感谢您的观看
THANKS
05
无刷直流电机的发展趋势 与挑战
技术发展趋势
1 2 3
高效能化
随着技术的进步，无刷直流电机在效率、功率密 度和可靠性方面不断提升，以满足更广泛的应用 需求。
智能化控制
通过引入先进的控制算法和传感器技术，实现无 刷直流电机的智能化控制，提高其性能和稳定性 。
集成化设计
将无刷直流电机与其他部件（如驱动器、传感器 等）集成在一起，简化系统结构，降低成本。
详细描述
无刷直流电机采用先进的电子换向技术，避免了传统直流电 机机械换向器的损耗，因此具有更高的效率和功率密度。这 使得无刷直流电机在需要高效率和高功率密度的应用中表现 出色，如电动工具、电动车等领域。
调速性能
总结词
无刷直流电机具有优良的调速性能，可满足不同应用需求。
无刷直流电机结构简单，维护成本较低，而交流电机结构复杂，维护 成本较高。
与永磁同步电机的比较
磁场结构
无刷直流电机采用电子换向，没有永磁同步电机的永磁体，因此 磁场结构不同。
调速性能
永磁同步电机具有较高的效率和转矩密度，但调速范围较窄；而无 刷直流电机调速范围广，适用于多种应用场景。
成本与维护
可靠性
总结词
无刷直流电机具有较高的可靠性，能够保证长期稳定运行。
详细描述
无刷直流电机采用电子换向技术，减少了机械磨损和故障，因此具有较高的可靠 性。此外，无刷直流电机还具有较长的使用寿命和较低的维护成本，这使得它在 需要高可靠性的应用中成为理想选择，如医疗器械、军事装备等领域。
04
无刷直流电机的驱动控制
无刷直流电机的成本和维护相对较低，而永磁同步电机由于使用了 永磁材料，成本较高，但具有更高的效率和性能。
感谢您的观看
THANKS
05
无刷直流电机的发展趋势 与挑战
技术发展趋势
1 2 3
高效能化
随着技术的进步，无刷直流电机在效率、功率密 度和可靠性方面不断提升，以满足更广泛的应用 需求。
智能化控制
通过引入先进的控制算法和传感器技术，实现无 刷直流电机的智能化控制，提高其性能和稳定性 。
集成化设计
将无刷直流电机与其他部件（如驱动器、传感器 等）集成在一起，简化系统结构，降低成本。
详细描述
无刷直流电机采用先进的电子换向技术，避免了传统直流电 机机械换向器的损耗，因此具有更高的效率和功率密度。这 使得无刷直流电机在需要高效率和高功率密度的应用中表现 出色，如电动工具、电动车等领域。
调速性能
总结词
无刷直流电机具有优良的调速性能，可满足不同应用需求。
微型永磁直流电动机PPT讲座(第一讲)解读
11
Na
第一讲
1.2.2 电枢感应电势
a
UN
如果电枢上串联布置有 N 根总导体数，气隙磁场的平均磁通
密度为 度）为
Bcp (T )
，电枢导体在气隙磁场中的有效长度（也称计算长 ，那末，电枢的串联总导体数 的总平均电
2a
Ld (m)
势 E = BCP Ldn Na (V ) ，如果电动机电枢线圈被电刷对称地分成
4
第一讲
1.2 工作原理
将电能从电网输入电动机后，通过电动机内部的电磁作用转为 机械能，带动机械负载旋转做功。作用在转轴和负载上的转矩，是 由转子线圈中的电流同气隙中的磁场相互作用产生的。而磁场是由 永磁体组成的磁极产生的。 在电动机内部的能量转换过程中，含四种能量形式：电能、机械 能、磁场储能、热能。 上述四种能量之间关系如下：
图1
图2
6
第一讲
1.2 工作原理
换向器和电刷的作用——能使线圈边电流方向改变 的作用。
图3
7
第一讲
1.2.1电枢电磁转矩
通常在电动机的一个磁极下，气隙磁通沿电枢铁芯外圆圆周分布是不均匀的。 在磁极的中心位置磁通 磁密度B最大，且从磁极中心线位置向两磁极边缘时，磁通 密度逐渐变小，直至为零。磁通密度为零的位置恰好处在两磁极间的几何中心线上。 如图4所示。
1.2.2电枢感应电势
若一根导体，在磁通密度为B(单位为：T)的磁场中，并接上外加电压为 的直 流电源后，有电流 流过，导体将受到电磁力F的作用，并以线速度 (单位： )运动， 如图6所示。
图6
10
Na
第一讲
1.2.2电枢感应电势
UN
根据法拉第电磁感应定律，运动导体切割磁场的磁力线将产 生感应电势e，感应电势e加上导体电阻r上的电压降 ，同外加电 压 平衡： 感应电势e的大小为： e = BLdn (V ) 式中， ——为导体在磁场中的有效长度，单位为m。 感应电势e的方向可用右手定则确定。 在电机学中，e称运动电势或切割电势或旋转电势。
第7章无刷直流电动机-PPT课件
32
工作原理
磁 →转 态逻极子改辑图每 变变示转 一换位过 次置→，60→ V电o，1位机、逆置有V变6信6开器个号通开磁关状磁位管态极置换，转信流三过号一相6→次各0逻o、导图辑定通示变子1位2换磁0置o状—→ →—两A、相B导相通导三通相→六I:状E+态-A- →V1、V2 开通→ A、C
B转-E子- 磁→场电顺机时顺针时连针续旋旋转转、定相子导磁通场→隔I: 6E0+O-跳A-跃C-旋E-转→
4
7.1 无刷直流电动机系统 7.1.1 概述及基本组成
直流电 源
逆变器
电机本体
输出
控制信号
控制器
位置传感器
无刷直流电机构成框图
5
1. 电动机本体
定子
永磁转子 传感器定子 传感器转子
(a) 结构示意图
(b) 定转子实际结构
无刷直流电动机结构
6
N S
S N
N S
S N
表面式磁极
N N
NNSS源自SSUSA
B
C
VT1 H1 H2 H3
VT2
VT3
22
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。 H1
0
120
240 360
480
t
H2
0
120
240 360
480
t
H3
0
120
240 360
480
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。我们把这种工作方式叫做单 相导通星形三相三状态。
7.4.4 无刷直流电动机稳态性能的简化分析
工作原理
磁 →转 态逻极子改辑图每 变变示转 一换位过 次置→，60→ V电o，1位机、逆置有V变6信6开器个号通开磁关状磁位管态极置换，转信流三过号一相6→次各0逻o、导图辑定通示变子1位2换磁0置o状—→ →—两A、相B导相通导三通相→六I:状E+态-A- →V1、V2 开通→ A、C
B转-E子- 磁→场电顺机时顺针时连针续旋旋转转、定相子导磁通场→隔I: 6E0+O-跳A-跃C-旋E-转→
4
7.1 无刷直流电动机系统 7.1.1 概述及基本组成
直流电 源
逆变器
电机本体
输出
控制信号
控制器
位置传感器
无刷直流电机构成框图
5
1. 电动机本体
定子
永磁转子 传感器定子 传感器转子
(a) 结构示意图
(b) 定转子实际结构
无刷直流电动机结构
6
N S
S N
N S
S N
表面式磁极
N N
NNSS源自SSUSA
B
C
VT1 H1 H2 H3
VT2
VT3
22
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。 H1
0
120
240 360
480
t
H2
0
120
240 360
480
t
H3
0
120
240 360
480
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。我们把这种工作方式叫做单 相导通星形三相三状态。
7.4.4 无刷直流电动机稳态性能的简化分析
永磁无刷直流电机(电机控制)课件
设备的驱动。
新能源
用于风力发电、太阳能 发电等新能源设备的驱
动和控制。
汽车电子
用于电动汽车、混合动 力汽车等车辆的驱动和
控制。
其他领域
如航空航天、医疗器械 、智能家居等需要高精
度控制的领域。
02
电机控制系统
控制系统概述
控制系统是永磁无刷直流电机的重要组成部分，用于实现电机的启动、调速、制 动等功能。
永磁无刷直流电机通过控制电流 的相位和幅值，实现电机的启动 、调速和制动等功能。
结构与特点
结构
永磁无刷直流电机由定子、转子和控 制器三部分组成。定子包括永磁体和 电枢绕组，转子为金属导体。
特点
具有高效、高可靠性、高控制精度、 长寿命等优点，适用于需要高精度控 制的应用场景。
应用领域
工业自动化
用于各种自动化生产线 、机器人、数控机床等
电磁干扰和噪声
无刷直流电机在运行过程中会产生电磁干 扰和噪声，对周围环境和人体健康造成一 定影响，需要采取措施进行抑制。
未来研究方向
高效能电机及其控制技术
研究新型的电机结构和控制策略，以 提高电机的能效和稳定性。
智能感知与故障诊断
利用传感器和智能算法，实现对电机 系统的实时感知和故障诊断，提高系 统的可靠性和安全性。
模糊控制算法
总结词
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制算法，通过模糊化输入变量和模糊规则实现控 制输出。
详细描述
模糊控制算法将输入变量的精确值模糊化，转换为模糊集合，然后根据模糊规则进行逻 辑运算，得到输出变量的模糊集合。最后，对输出变量的模糊集合进行去模糊化，得到 精确的控制输出。模糊控制算法能够处理不确定性和非线性问题，适用于永磁无刷直流
新能源
用于风力发电、太阳能 发电等新能源设备的驱
动和控制。
汽车电子
用于电动汽车、混合动 力汽车等车辆的驱动和
控制。
其他领域
如航空航天、医疗器械 、智能家居等需要高精
度控制的领域。
02
电机控制系统
控制系统概述
控制系统是永磁无刷直流电机的重要组成部分，用于实现电机的启动、调速、制 动等功能。
永磁无刷直流电机通过控制电流 的相位和幅值，实现电机的启动 、调速和制动等功能。
结构与特点
结构
永磁无刷直流电机由定子、转子和控 制器三部分组成。定子包括永磁体和 电枢绕组，转子为金属导体。
特点
具有高效、高可靠性、高控制精度、 长寿命等优点，适用于需要高精度控 制的应用场景。
应用领域
工业自动化
用于各种自动化生产线 、机器人、数控机床等
电磁干扰和噪声
无刷直流电机在运行过程中会产生电磁干 扰和噪声，对周围环境和人体健康造成一 定影响，需要采取措施进行抑制。
未来研究方向
高效能电机及其控制技术
研究新型的电机结构和控制策略，以 提高电机的能效和稳定性。
智能感知与故障诊断
利用传感器和智能算法，实现对电机 系统的实时感知和故障诊断，提高系 统的可靠性和安全性。
模糊控制算法
总结词
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制算法，通过模糊化输入变量和模糊规则实现控 制输出。
详细描述
模糊控制算法将输入变量的精确值模糊化，转换为模糊集合，然后根据模糊规则进行逻 辑运算，得到输出变量的模糊集合。最后，对输出变量的模糊集合进行去模糊化，得到 精确的控制输出。模糊控制算法能够处理不确定性和非线性问题，适用于永磁无刷直流
永磁无刷直流电机简介课件
• 稀土钴：适合于对电机体积、重量和性能要求很高，工作环境温度高， 要求温度稳定性好，制造成本不是主要考虑因素的场合。
• 粘结永磁材料：适合批量大、磁极形状复杂、电机性能要求不高的场 合。 电气学院
转子设计
转子设计
损耗与效率
概述
电机损耗可分为下列5类： （1）定、转子铁心中的基本铁耗，它是由主磁场在铁心中发生变化时产生的。
6步通电顺序
A
4
1a
6 3
COM
c
b
B
2
C
5
• 三相绕组通电遵循如下规则：
每步三个绕组中一个绕组流入电流，一个绕组流出电流，一个 绕组不导通；
• 通电顺序如下：
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C-
6步通电顺序
A
A
FA+C-
FA+B-
4
1a
6
3
FB+C-
由6只功率开关元件组成的三相
H形桥式逆变电路。
一、电枢绕组的反电势
单根电枢绕组在气隙磁场中的感应电势
e Blv
式中：B ——气隙磁感应强度；
l ——导体的有效长度； v ——转子相对于定子导体的线速度。
对于线速度v 有：
v D n 2 p n
60
60
式中：n ——电动机转速，单位为r/min； D ——电枢内径； p ——极对数；
• 如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置，当N极逐渐靠近 霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时，其输出是导通状态；
• 当N极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出仍 然保持导通状态；只有磁场转变为S极并达到一定值时，其输出 才翻转为截止状态。
• 粘结永磁材料：适合批量大、磁极形状复杂、电机性能要求不高的场 合。 电气学院
转子设计
转子设计
损耗与效率
概述
电机损耗可分为下列5类： （1）定、转子铁心中的基本铁耗，它是由主磁场在铁心中发生变化时产生的。
6步通电顺序
A
4
1a
6 3
COM
c
b
B
2
C
5
• 三相绕组通电遵循如下规则：
每步三个绕组中一个绕组流入电流，一个绕组流出电流，一个 绕组不导通；
• 通电顺序如下：
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C-
6步通电顺序
A
A
FA+C-
FA+B-
4
1a
6
3
FB+C-
由6只功率开关元件组成的三相
H形桥式逆变电路。
一、电枢绕组的反电势
单根电枢绕组在气隙磁场中的感应电势
e Blv
式中：B ——气隙磁感应强度；
l ——导体的有效长度； v ——转子相对于定子导体的线速度。
对于线速度v 有：
v D n 2 p n
60
60
式中：n ——电动机转速，单位为r/min； D ——电枢内径； p ——极对数；
• 如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置，当N极逐渐靠近 霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时，其输出是导通状态；
• 当N极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出仍 然保持导通状态；只有磁场转变为S极并达到一定值时，其输出 才翻转为截止状态。
微特电机 绪论(课堂PPT)
▪ 控制微电机：二高一快 高可靠性----对控制电机的第一位要求； 高精度-----精度指实际特性与理想特性之间的差 距； 快速响应------主要指标是机电时间常数与灵敏 度。
7
微特电机的主要特点：
▪ 与普通电机的要求不同：普通电机的主要任务是 转换能量，微特电机在自动控制系统中只起一个 元件的作用，主要任务是完成信号的传递与转换；
测量
元件
放大 元件
伺服 元件
控制 2
装置
(自整角机)
位置反馈
校正元件
(测速发电机)
测量元件（自整角机，旋转变压器）：将转角、转角差、转速 等机械信号转换为电信号
伺服元件：将电信号转换为轴上的角位移、角速度或直线位移
和线速度，并带动控制对象运动
6
1.3 对微电机的基本要求
▪ 驱动微电机：与一般动力电机的要求类似，高 效、高功率因数等；
但是现在微特电机的体积和输出功率都已突破了 这个范围。有的特种电机的功率做到了10 kW左右。 它们广泛应用于军事装备、电子产品、工业自动控 制系统、家用电器、办公自动化、通讯和交通、电 动工具、仪器仪表、电动玩具等方面。
2
2.应用
• 航空航天：卫星天线，太阳能电池，飞机的方向舵 等
• 国防：火炮自动瞄准、飞机军舰自动导航、导弹遥 测遥控、雷达自动定位等；
目录
1. 绪论 2. 伺服电动机与伺服系统 3. 测速发电机 4. 步进电动机 5. 自整角机 6. 旋转变压器 7. 永磁无刷直流电动机 8. 单相交流串励电动机 9. 双凸极电机驱动系统 10. 直线电动机 11. 超声波电动机
1
1. 绪 论
➢1.1 微特电机的用途
1.概念：微特电机通常指的是性能、用途或原理 等与常规电机不同 ,且体积和输出功率较小的微型电 机和特种精密电机 。一般其外径不大于 130mm，输 出功率从数百毫瓦到数百瓦。
7
微特电机的主要特点：
▪ 与普通电机的要求不同：普通电机的主要任务是 转换能量，微特电机在自动控制系统中只起一个 元件的作用，主要任务是完成信号的传递与转换；
测量
元件
放大 元件
伺服 元件
控制 2
装置
(自整角机)
位置反馈
校正元件
(测速发电机)
测量元件（自整角机，旋转变压器）：将转角、转角差、转速 等机械信号转换为电信号
伺服元件：将电信号转换为轴上的角位移、角速度或直线位移
和线速度，并带动控制对象运动
6
1.3 对微电机的基本要求
▪ 驱动微电机：与一般动力电机的要求类似，高 效、高功率因数等；
但是现在微特电机的体积和输出功率都已突破了 这个范围。有的特种电机的功率做到了10 kW左右。 它们广泛应用于军事装备、电子产品、工业自动控 制系统、家用电器、办公自动化、通讯和交通、电 动工具、仪器仪表、电动玩具等方面。
2
2.应用
• 航空航天：卫星天线，太阳能电池，飞机的方向舵 等
• 国防：火炮自动瞄准、飞机军舰自动导航、导弹遥 测遥控、雷达自动定位等；
目录
1. 绪论 2. 伺服电动机与伺服系统 3. 测速发电机 4. 步进电动机 5. 自整角机 6. 旋转变压器 7. 永磁无刷直流电动机 8. 单相交流串励电动机 9. 双凸极电机驱动系统 10. 直线电动机 11. 超声波电动机
1
1. 绪 论
➢1.1 微特电机的用途
1.概念：微特电机通常指的是性能、用途或原理 等与常规电机不同 ,且体积和输出功率较小的微型电 机和特种精密电机 。一般其外径不大于 130mm，输 出功率从数百毫瓦到数百瓦。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
无刷直流电动机原理
转子位 置检测 定子磁极，采用 集中绕组
电机本体
转子磁极
电机本体
驱动电路，逆 变器组成电子 开关
机电Hale Waihona Puke 体化产品转子位置检测 电子开关
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
A
V1 D1 V3
D3
V5
D5
ia
C
X
定子绕组采用 整距、集中绕 组
相应的定子合成磁势的空间矢量为：
图10.20 无刷直流电动机的定子合成磁势( 180 导通型)
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
150 B.两三导通控制方式(又称为 导通型)
开关规律：
每隔 30 换流一次； 任何瞬时有三只开关器件同时导通，然后变为两只开关器 件同时导通，再变回三只开关器件同时导通，……； 每个开关器件导通150°。
单片机控制永磁无刷直流电动机原理图
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
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
Y S n
Z
N C X
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
二相导通星形六状态
A V1 D1 V3
D3 V5
D5 Z
iA
X US C D2 H1 H2 H3
iC
V4
V6 D4 D6
V2
永磁 Y 电机
iB
B
控 制 电 路
转子位置传感器
• 每隔60°换流一次; • 任何瞬时有两只开关器件同时导通； • 每个开关器件导通 120°
0
0
V6V1
V5V6
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
2. 无位置传感器控制
无位置传感器控制是指无机械式位置传感器， 即不在无刷直流电动机的定子上直接安装位置传感 器来检测转子位置,而是通过一个检测电路，从硬件 和软件两方面来间接获取转子位置信号。检测得到 转子位置信号以后的控制方法，与有位置感器控制 方法相同。
P
U0 输出信号 V2
R1
遮光盘
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
一相导通星形三相三状态
1）H1受光，V1导通，A相 流过电流，产生磁势Fa。 电流路径：电源正极—A相 绕组—V1管—电源负极。 2）电机顺时针转过120度后， H1被遮光，H2受光，V1关 断，V2导通，B相绕组通入 电流，产生磁势Fb。 3）再转过120度，C相导通。
即：
(T5、T6、T1 ) (T6、T1 ) (T6、T1、T2 ) (T1、T2 ) (T1、T2、T3 ) (T2、T3 ) (T2、T3、T4 ) (T3、T4 ) (T3、T4、T5 ) (T4、T5 ) (T4、T5、T6 ) (T5、T6 )
河南科技大学电信学院
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
上述过程可以看成按一定顺序换相通 电的过程，或者磁场旋转的过程，定 子各相绕组在气隙中所形成的旋转磁 场是跳跃运动的，一周内有三种状态， 每种磁场状态持续120°，他们跟踪 转子并与转子的磁场相互作用，产生 驱使转子旋转的电磁转矩。
A相通电
Ff
Ff
B相通电
C相通电
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
三相六状态绕组与开关管导通顺序表120°导通型
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
永磁无刷直流电动机逆变器的各种控制方式
120 “ 导通型”（两两导通控制方式）； 180 “ 导通型”（三三导通控制方式）； 150 “ 导通型”（两三轮流导通控制方式）；
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
二、无刷直流电动机的工作原理
传统直流电动机的工作原理
磁极静止，电枢旋转 f=IBla，这个力形成 电磁转矩 根据左手定则，线圈 在这个转矩作用下将 按逆时针方向旋转 当载流导体转过180 度后，借助电刷-换 向片改变导体中电流 方向
河南科技大学电信学院
(T6、T1 ) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
(T6、T1 ) (T1、T2 )
(T2、T3 )
(T3、T4 )
(T4、T5 )
(T5、T6 )
1200
结论：
7.永磁无刷直流电机
在一个周期内三相定子绕组在空间共产生六个定子合成磁势； 转子每转过 60电角度，定子绕组则换流一次，相应的定子合成 磁势就跳变一次。每个定子合成磁势在时间上持续1/6周期 （ 60 电角度）； 在这六个连续跳变的定子合成磁势作用下，转子永磁磁势随转子 旋转； 尽管定子合成磁势是跳变的，但其平均转速却与转子转速保持同 步，亦即在平均意义上 Fa 与 Ff 相对静止。从而保证了有效电磁 转矩的产生，而且转子转速为同步速。 电枢磁势在与转子磁极轴线垂直的 60 电角度范围内变化，亦 60 ~ 120范围内变化。 这样，无论是在开 即使两者之间的夹角在 Fa 与 Ff 之间的夹角在平均意 关器件导通过程中还是在换流瞬间， 义上接近 90 ，亦即在平均意义上互相垂直。
7.永磁无刷直流电机
采用PWM电压和电流控制方式
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
电子换向电路部分 换向 信号 逻辑 变换 电路 转子位置 译码电路 电动机部分 转子位置 传感器 永磁电机 本体
功率 开关电路
控制 电路
保护 电路 控制电路部分 控制指令
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
7.永磁无刷直流电机
直流电动机内部电磁过程的特点总结
定子侧为静止的主极励磁磁势； 转子(电枢）侧由外部电刷的直流电源供电，内部绕组电流 以及感应的电势为交流。由换向器和电刷完成上述逆变过程 的转换； 电刷是电枢电流的分界线，其位置决定了转子电枢电流的换 流时刻。因此，电刷与换向片配合起到了检测转子位置的作 用； 尽管转子在不停的旋转，但由于电刷相对主极静止不动，因 此，电枢磁势与主极磁势相对静止； 电枢磁势与主极磁势空间互相垂直，确保了直流电动机可以 产生最大的电磁转矩；
永磁 Y 电机
U
V4
ic
Z
V6
V2 D6
D4
D2
H1 H3
ib
H2
B
控 制 电 路
永磁体粘接至 转子表面，呈 隐极式结构
输出
转子位置传感器
直流电源
电子开关
电动机
位置传感器
永磁无刷直流电动机的原理框图
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
电动机本体
1
(a)
2
2 1
(b)
永磁转子结构型式 (a) 表面贴装式； (b) 内嵌式. 1－磁钢； 2－铁心
A.三三导通控制方式(又称为 180 导通型)
开关规律： • 任何瞬时有三只开关器件同时导通； • 每个开关器件导通180。
60 • 每隔 换流一次；
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
(T6、T1、T2 ) (T1、T2、T3 ) (T2、T3、T4 ) (T3、T4、T5 ) (T4、T5、T6 ) (T5、T6、T1 )
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
(T6、T1 ) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
(T6、T1 ) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
• 电刷和换向器起到了与转子位置有
要点总结
关的机械式逆变器作用； • 定子侧的直流励磁磁势和转子电枢 磁势两者相对静止且相互垂直；
电刷的磨损与维护； 机械式换向火花，限制了应用场合； 难以实现高速运行；
直流电动机的不足
解决措施：
通过电力电子式逆变器完成直流到交流的转换； 通过转子位置传感器检测转子位置，完成换向片与电刷的作 用，以决定换流时刻； 考虑到实现的方便性，定、转子位置颠倒，组成反装式直流 电动机。
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
无刷电机专用驱动电路 MC33035
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
无刷电机专用驱动电路 MC33035
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
无刷电机专用驱动电路TDA1621
LM621的原理框图
LM621的换相译码真值表
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
B
河南科技大学电信学院
7.永磁无刷直流电机
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 H1 H2 H3 反转
1
1
0
0
1
0
导通管 V1V2 V2V3
H1
H2
H3
1
0
0
0
1
1
导通管 V4V5 V3V4
1
0
1
1
0
0
V3V4
V4V5
0
0
1
1
1
0
V2V3
V1V2
0
0
1