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1、永磁无刷直流电机,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。 二、无刷直流电动机的工作原理,有刷直流电动机工作原理,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,无刷直流电动机原理 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
2、，所以，无刷直流电动机一般都是由电动机、位置传感器和电子开关线路三部分组成。,无刷直流电动机原理图,永磁无刷直流电动机的原理框图,电动机本体,(a),逆变器结构,星形三相三状态,星形三相六状态,星形四相四状态,封闭三相六状态,正交两相四状态封闭四相四状态,转子位置传感器 (1) 磁敏式位置传感器霍尔元件,转子位置传感器 (1) 磁敏式位置传感器,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,(3)光电式位置传感器,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
3、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。,A相导通,B相导通,C相导通,转子每转过120度，功率管换流一次，定子磁场状态就改变一次，电机有三个磁状态。每个功率管导通120度（1/3周期）。磁场为跳跃式步进磁场。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。,二相导通星形六状态,定子合成磁场仍为跳跃式旋转，步进为60度，即1/6周期。 每转60度，逆变器开关管换流一次，有六个状态。 每个功率管（每相绕组）导通120度。,V1V6导通V1V2导通,三相六状态绕组与开关管导通顺序表,三、运行特性 1.
4、基本方程 永磁无刷直流电动机的基本物理量有：反电势、电枢电流、电磁转矩、转速等。它们的表达式与电机气隙磁场分布、绕组形式密切相关。 永磁无刷直流电动机有正弦波和方波之分。,2. 机械特性,机械特性曲线,调节特性曲线,四、控制方法 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。,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
5、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，Wa,Wb, Wc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,二相导通方式传感器信号与功率管开关导通逻辑关系,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。,
