永磁无刷直流电机绕组相电流
无刷直流电机相电流和母线电流的关系及电路保护策略讨论
TECHNOLOGY AND INFORMATION科学与信息化2023年3月下 135无刷直流电机相电流和母线电流的关系及电路保护策略讨论严孟凯1 张飞21. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452；2. 中联煤层气有限责任公司晋城分公司 山西 晋城 048001摘 要 关于无刷直流电机运行时相电流和母线电流之间的关系，很多使用者都不能清楚掌握，往往在设计系统时将电流限流保护措施施加在母线位置，这种不恰当的保护策略导致系统不能达到预期的保护期望。
本文着重就典型的无刷直流电机相电流和母线电流之间的内在联系加以阐述，以期提供给各用户一个清晰的内在联系和逻辑，方便各使用者正确的实施保护措施，避免系统损伤，并在后续设计中能够以此为基础，完成更加精确的、成熟的系统设计。
关键词 母线电；流相电流；保护措施；无刷直流电机Discussion on Relationship Between Phase Current and Bus Current of Brushless Direct Current Motor and Circuit Protection StrategyYan Meng-kai 1, Zhang Fei 21. China National Offshore Oil Corporation Energy and Technology Services Company, Engineering Technology Branch, Tianjin 300452, China2. China United Coalbed Methane Corp., Ltd., Jincheng Branch, Jincheng 048001, Shanxi Province, ChinaAbstract Regarding the relationship between phase current and bus current during the operation of brushless direct current motors, many users cannot clearly understand it, and often apply current limiting protection measures to the bus current position when designing the system, and this inappropriate protection strategy leads to that the system fails to achieve the expected protection expectations. This paper focuses on the intrinsic relationship between the phase current and bus current of typical brushless direct current motor, in order to provide each user with a clear internal connection and logic, facilitate the correct implementation of protection measures by each user, avoid system damage, and accordingly complete a more accurate and advanced system design in the subsequent design.Key words bus current; phase current; protection measure; brushless direct current motor1 无刷电机运行状态分析一般来讲，永磁无刷电机根据其运行工况可以分为最大包络运行状态，PWM 调制运行状态；全压堵转状态；以及PWM 堵转状态等等工况。
永磁电机4-永磁无刷直流电机2013
ua R u 0 b 0 uc
定子 相电 压
0 ia L i M R 0 b 0 R M ic 0
定子 相电 流 两相 绕组 互感
M L M
相绕 组自 感
M ia ea i e M p b b L ic ec
ua R u 0 b 0 uc 0 R 0 0 ia L M i 0 0 b R 0 ic 0 LM 0 ia ea i e 0 p b b LM ic ec 0
11.1 电磁因素引起的转矩脉动
第二讲永磁无刷直流电机
11.1 电磁因素引起的转矩脉动
第二讲永磁无刷直流电机
11.1 电磁因素引起的转矩脉动
第二讲永磁无刷直流电机
11.1 电磁因素引起的转矩脉动
第二讲永磁无刷直流电机
11.1 电磁因素引起的转矩脉动
反应了电磁转矩波动与方波磁密宽度的关系， 随宽度增加，转矩脉动单调下降。 当宽度=120时，转短脉动最大，达到30％； 当宽度=180时，电磁转矩脉动为零
第二讲永磁无刷直流电机
6.永磁无刷电机的稳态计算
第二讲永磁无刷直流电机
6.永磁无刷电机的稳态计算
第二讲永磁无刷直流电机
6.永磁无刷电机的稳态计算
第二讲永磁无刷直流电机
6.永磁无刷电机的稳态计算
第二讲永磁无刷直流电机
6.永磁无刷电机的稳态计算
第二讲永磁无刷直流电机
7.永磁无刷直流电动机主要波形
第二讲永磁无刷直流电机
永磁无刷直流电动机控制方法
永磁无刷直流电动机控制方法
永磁无刷直流电动机控制方法有很多种，以下列举几种常见的方法：
1. 基于电压的控制方法：这种方法通过调节电机的驱动电源电压来控制电机的转速。
可以通过调节PWM（脉冲宽度调制）信号的占空比来控制电机的转速。
2. 基于电流的控制方法：这种方法通过控制电机的相电流来控制电机的转矩。
可以通过调节PWM信号的频率来控制电机的相电流。
3. 位置控制方法：这种方法通过检测电机的转子位置来控制电机的转速和位置。
可以使用轴编码器、霍尔传感器等装置来检测转子位置，并根据实际位置与期望位置之间的差异来调整电机的输入信号，从而实现位置控制。
4. 矢量控制方法：这种方法通过测量电机的电流和电压来实时计算出电机的控制矢量，进而控制电机的转速和转矩。
矢量控制方法可以提供更精确的转速和转矩控制，并且可以减小电机的振动和噪音。
以上仅为常见的几种控制方法，实际应用中可以根据具体需求和系统要求选择合适的控制方法。
永磁无刷直流电机(电机控制)课件
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
永磁无刷直流电机的数学模型
永磁⽆刷直流电机的数学模型 ⽆刷直流电机绕组中产⽣的感应电动势与电机转速匝数成正⽐，电枢绕组串联公式为 其中，E为⽆刷直流电机电枢感应线电动势（V）；p为电机的极对数；α为极弧系数；W为电枢绕组每相串联的匝数；φ为每极磁通（Wb）；n为转速（r／min）。
在反电动势E和极对数p已经确定的情况下，为使电机具有较⼤的调速范围，就须限制电枢绕组的匝数W。
因此，磁悬浮飞轮电机绕组电感和电阻都⾮常⼩，使得电机在运⾏过程中，相电流可能存在不连续状态。
假定电机定⼦三相完全对称，空间上互差120°电⾓度；三相绕组电阻、电感参数完全相同；转⼦永磁体产⽣的⽓隙磁场为⽅波，三相绕组反电动势为梯形波；忽略定⼦绕组电枢反应的影响；电机⽓隙磁导均匀，磁路不饱和，不计涡流损耗；电枢绕组间互感忽略。
公式中，Va、Vb、Vc和Vn分别为三相端电压和中点电压（V），R和E为三相电枢绕组电阻（Ω）和电感（H），Ea、Eb和Ec为三相反电动势（V），ia、ib．和ic为三相绕组电流（A）。
可将⽆刷直流电机每相绕组等效为电阻、电感和反电动势串联。
⽆刷直流电机绕组采⽤三相星形结构，数学模型⽅程如式(2-2)所⽰： 在电机运⾏过程中，电磁转矩的表达式为 电机的机械运动⽅程为 式中，Te和TL分别为电磁转矩和负载转矩（Nm）；J为转⼦的转动惯量（kg·2m）；f为阻尼系数（N·m·s）。
电机设计反电动势为梯形波，其平顶宽度为120°电⾓度，梯形波的幅值与电机的转速成正⽐。
其中，反电动势系数乃e由以下公式计算为 电机转⼦每运⾏60°电⾓度进⾏⼀次换相，因此在每个电⾓度周期中，三相绕组反电动势有6个状态。
电机运⾏过程中瞬态功耗的公式为 其中，Ω为电机⾓速度，P为功耗。
永磁⽆刷直流电机的控制可分为三相半控、三相全控两种。
三相半控电路的特点简单，－个可控硅控制⼀相的通断，每个绕组只通电1／3的时间，另外2／3时间处于断开状态，没有得到充分的利⽤。
无刷直流永磁电动机的原理和设计
无刷直流永磁电动机的原理和设计无刷直流永磁电动机是一种将电能转化为机械能的装置，它采用了无刷技术和永磁材料，具有高效率、高功率密度和可靠性高等优点。
本文将详细介绍无刷直流永磁电动机的工作原理和设计要点。
无刷直流永磁电动机的工作原理主要包括电磁场产生、电流调节和转矩产生三个方面。
首先，通过电流调节器向无刷直流永磁电动机的定子绕组输入电流，产生定子磁场。
接着，通过永磁体在转子上产生磁场，与定子磁场相互作用，产生转子磁场。
最后，通过转子磁场和定子绕组之间的相互作用，产生电磁转矩，驱动转子旋转。
设计无刷直流永磁电动机时，需要考虑多个因素。
首先是功率需求，根据所需的功率大小选择合适的电机型号和规格。
其次是电压和电流需求，根据电源的电压和电流限制选择合适的电机参数。
还需要考虑转速范围和转矩要求，根据具体应用场景确定电机的转速和转矩特性。
此外，还需要考虑电机的体积、重量和成本等因素。
在无刷直流永磁电动机的设计中，关键的技术是永磁材料的选择和磁路设计。
永磁材料的选择要考虑其磁能积、矫顽力、矫顽力系数等参数，以及温度稳定性和成本等因素。
磁路设计要保证磁场的均匀性和稳定性，提高电机的效率和输出功率。
无刷直流永磁电动机还需要配备电流调节器和位置传感器等辅助设备。
电流调节器可以实现对电机电流的精确控制，保证电机的稳定运行。
位置传感器可以实时监测电机转子的位置和转速，提供给电流调节器进行反馈控制。
无刷直流永磁电动机具有多种应用领域。
在工业领域，它广泛应用于机床、印刷设备、纺织设备等需要精确控制的设备中。
在交通领域，它被用作电动汽车的驱动系统，具有高效率和长续航里程的优势。
在家电领域，它被应用于洗衣机、冰箱等家电产品中，提供高效、静音的驱动能力。
无刷直流永磁电动机是一种高效、高功率密度和可靠性高的电机，具有广泛的应用前景。
在设计无刷直流永磁电动机时，需要考虑功率需求、电压和电流需求、转速范围和转矩要求等因素。
通过合理选择永磁材料和进行优化的磁路设计，可以提高电机的效率和输出功率。
无刷电机永磁体的充磁方式
无刷电机永磁体的充磁方式无刷电机是一种使用永磁体来产生磁场的电机。
充磁是指将无刷电机中的永磁体磁化的过程，它是无刷电机正常运行的基础。
充磁方式对无刷电机的性能和效果有着重要影响。
常见的无刷电机充磁方式有直流励磁充磁和交流励磁充磁两种。
直流励磁充磁方式是通过直流电源来给无刷电机中的永磁体充电。
这种方式简单可靠，适用于小型无刷电机。
在充磁时，将直流电源正极与无刷电机的永磁体连接，将直流电源负极与无刷电机的电机壳体连接，通过电流的流动，使无刷电机中的永磁体磁化。
直流励磁充磁方式的优点是操作简单，充磁效果好，但需要外接直流电源。
交流励磁充磁方式是通过外接交流电源来给无刷电机中的永磁体充电。
这种方式适用于大型无刷电机。
在充磁时，将交流电源与无刷电机的定子绕组相连接，通过交流电流产生的磁场作用，使无刷电机中的永磁体充磁。
交流励磁充磁方式的优点是不需要外接直流电源，但操作相对复杂，充磁效果可能会受到交流电源的质量影响。
无论是直流励磁充磁还是交流励磁充磁，充磁时需要注意以下几点：充磁时要确保电源的电压和电流符合无刷电机的充磁要求。
过高或过低的电压和电流都会影响充磁效果。
因此，在充磁之前需要了解无刷电机的充磁参数，以便选择合适的电源。
充磁时要确保充磁过程平稳进行。
过快或过慢的充磁速度都会影响充磁效果。
过快的充磁速度可能导致永磁体磁场不稳定，影响无刷电机的性能。
而过慢的充磁速度则会延长充磁时间，影响生产效率。
因此，在充磁过程中需要控制充磁速度，使其在合适的范围内进行。
充磁后要进行充磁检测，以确保充磁效果符合要求。
充磁检测可以通过测量无刷电机的磁场强度来进行。
如果磁场强度达到了设计要求，说明充磁效果良好；如果磁场强度不足，可能需要重新进行充磁。
无刷电机的充磁方式对其性能和效果有着重要影响。
直流励磁充磁和交流励磁充磁是常见的充磁方式，具有各自的优缺点。
在进行充磁时需要注意电源的电压和电流，充磁速度的控制以及充磁后的检测，以确保充磁效果符合要求。
无刷直流电机的工作原理
无刷直流电机原理无刷直流电动机的工作原理普通直流电动机的电枢在转子上，而定子产生固定不动的磁场。
为了使直流电动机旋转，需要通过换向器和电刷不断改变电枢绕组中电流的方向，使两个磁场的方向始终保持相互垂直，从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转。
无刷直流电动机为了去掉电刷，将电枢放到定子上去，而转子制成永磁体，这样的结构正好和普通直流电动机相反；然而，即使这样改变还不够，因为定子上的电枢通过直流电后，只能产生不变的磁场，电动机依然转不起来。
为了使电动机转起来，必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电，这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化，使定子磁场与转子永磁磁场始终保持左右的空间角，产生转矩推动转子旋转。
无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。
●/反转信T1-T4导通、T1-T6导通、T3-T6导通、T3-T2导通、T5-T2导通、T5-T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对N-S极，T1-T6功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。
每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电度角，转子跟随定子磁场转动相当于60°电度角空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电度角，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。
正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。
需另设启动绕组。
由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，这正是他励直流电动机的电流-转矩特性。
电动机的转矩正比于绕组平均电流；TM=Ktlav(N?M)电动机两相组反电势的差比于电动机的角速度；ELL=Keω(V)所以电动机绕组中的平均电流为：Iav=(Vm-ELL)/2Ra(A)其中，Vm=δ?VDC是加在电动机线间电压平均值，VDC是直流母线电压，δ是调制波的占空比，Ra为每相绕组电阻。
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永磁无刷直流电机绕组相电流
永磁无刷直流电机的绕组相电流是指电机绕组中每个相的电流。
在永磁无刷直流电机中，通常有三个绕组相，分别称为A相、B相和C相。
每个绕组相通过电机的电子控制器以一定的时间间隔依次通电。
当A相通电时，A相绕组中的电流开始流动。
随后，A相断电，B相通电，B相绕组中的电流开始流动。
最后，B相断电，C相通电，C相绕组中的电流开始流动。
然后，C相断电，A
相再次通电，循环往复。
这三个绕组相电流的流动与断电的间隔时间控制着电机的转子转动。
通过调整相电流的大小和频率，可以控制电机的速度和转向。
绕组相电流的大小根据电机的设计和要求进行选择和控制。
一般情况下，较大的相电流可以产生较大的转矩，但也会增加电机的功耗和发热。
因此，需要在功耗和温升范围内合理选择相电流的大小。
总之，永磁无刷直流电机的绕组相电流是控制电机运行的关键参数之一，通过调整相电流的大小和频率可以实现对电机转速和转向的控制。