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1、精品PPT收集整理,稀土永磁无刷直流电动机,Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor ( BLDCM ),湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2,精品ppt实用可编辑,稀土永磁无刷直流电动机,Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor， BLDCM 一、无刷电机概述 二、无刷电机原理与特性 三、无刷电机控制 四、无刷电机转矩脉动 五、无刷电机电磁设计,3,精品ppt实用可编辑,稀土永磁无刷直流电动机,一、无刷电机概述,Rare Earth Permanent Magnet Brushless D
2、C Motor，BLDCM,4,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机概述,1. 无刷直流电动机的应用 2. 无刷直流电动机发展历史 3. 无刷与有刷直流电动机比较 4. 无刷直流电动机的特点 5. 无刷直流电动机系统组成,5,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机概述,1. 无刷直流电动机的应用,6,精品ppt实用可编辑,计算机中的无刷电机,7,精品ppt实用可编辑,计算机中的无刷电机,8,精品ppt实用可编辑,电动自行车中的无刷电机,9,精品ppt实用可编辑,家用电器中的无刷电机,10,精品ppt实用可编辑,本田 HEV INSIGHT,11,精品ppt实用可编辑,丰田混合电动汽车开发历程,1
3、2,精品ppt实用可编辑,本田 Insight 发动机和无刷电机,13,精品ppt实用可编辑,并联式混合动力系统,14,精品ppt实用可编辑,本田CIVIC的动力分配策略,15,精品ppt实用可编辑,电动汽车中的无刷电机,电机及控制器,16,精品ppt实用可编辑,电动汽车中的无刷电机,永磁体,永磁体,外转子结构的无刷电动机,17,精品ppt实用可编辑,外转子混合励磁无刷电机,18,精品ppt实用可编辑,电动汽车中的无刷电机,电机、控制器和减速箱一体化结构,19,精品ppt实用可编辑,2. 无刷直流电动机 发展历史,无刷直流电动机概述,20,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机发展历史, 有刷直
4、流电动机 有刷直流电动机具有良好的起动和调速性能，但其存在换向器和电刷，导致换向火花、电磁干扰、可靠性差、造价高等一系列问题。,21,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机发展历史, 异步电动机 异步电动机结构简单、运行可靠、价格便宜，但其调速和起动性能不佳。,22,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机发展历史, 同步电动机 同步电动机具有良好的运行性能，但其起动性能不佳。,23,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机发展历史, 上世纪三十年代，有人提出了用电子换相取代机械换向的无刷直流电动机概念，但当时尚无理想的电子换相器件。,24,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机发展历史, 1955 年，
5、美国 D. 哈利森等人首次发明了应用晶体管代替机械换向器的无刷直流电动机，但当时没有电机转子位置检测器件，该电机没有起动能力。,25,精品ppt实用可编辑, 1962年，人们使用霍尔元件来检测转子位置并控制绕组电流换相，无刷直流电动机达到实用化，但受到晶体管容量的限制，电机容量相对较小。,无刷直流电动机发展历史,26,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机发展历史,三大技术有力推动了永磁无刷 直流电动机的快速发展 功率半导体器件 计算机控制技术 高性能稀土永磁材料,27,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机发展历史, 70 年代以来，随着新型功率半导体器件（如GTR，MOSFET，IGBT，IP
6、M）相继出现，计算机控制技术（单片机、DSP，新的控制理论）的快速发展，以及高性能稀土永磁材料（如 钐钴、钕铁硼）的问世，无刷直流电动机得到快速发展，容量不断增大，并获得了越来越广泛的应用。,28,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机概述,3. 无刷直流电动机 的特点,29,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机分类, 无刷直流电动机分为方波和正弦波电流驱动。正弦波电流驱动的无刷电动机名称比较多，英、美称为永磁同步电动机（PMSM），或无刷交流电动机（BLACM），日本、欧洲一些国家则称之为交流伺服电动机（AC Servo）” 。,30,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机分类,电动机,交流电动
7、机,直流电动机,异步电动机,同步电动机,无刷直流,永磁同步,磁滞,步进,磁阻,混合,永磁,变磁阻,单相,多相,永磁,电励磁,永磁,开关磁阻,同步磁阻,换向式,单极式,永磁,电励磁,串励,并励,复励,多相,单相,笼型,绕线,电容式,罩极式,电阻式,电容起动,电容运行,电容运行,31,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机分类,电动机,交流电动机,直流电动机,异步电动机,同步电动机,无刷直流,永磁同步,磁滞,步进,磁阻,混合,永磁,变磁阻,单相,多相,永磁,电励磁,永磁,开关磁阻,同步磁阻,换向式,单极式,永磁,电励磁,串励,并励,复励,多相,单相,有刷直流,32,精品ppt实用可编辑,有刷直流电动
8、机的基本结构,Bearing,33,精品ppt实用可编辑,有刷直流电动机的基本结构,稀土永磁有刷直流电动机,转枢式,34,精品ppt实用可编辑,内转子，外定子 外转子，内定子,无刷直流电动机基本结构,转场式,35,精品ppt实用可编辑,稀土永磁直流电动机结构比较,内转子整数槽无刷直流电动机,36,精品ppt实用可编辑,稀土永磁直流电动机结构比较,内转子分数槽无刷直流电动机,37,精品ppt实用可编辑,稀土永磁直流电动机结构比较,外转子结构稀土永磁无刷直流电动机,38,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机定义, 无刷直流电动机 无刷直流电动机是指没有电刷等机械换向装置，但具有有刷直流电动机（DC
9、M）特性的电动机。,39,精品ppt实用可编辑,无刷与有刷直流电动机比较, 无刷直流电动机与有刷直流电动机有相同的运行机理。,40,精品ppt实用可编辑,无刷与有刷直流电动机比较, 无刷直流电动机与有刷直流电动机有相同的设计思想和设计方法。,41,精品ppt实用可编辑,无刷与有刷直流电动机比较, 有刷直流电动机磁极磁场与电枢磁场始终处于正交状态。,42,精品ppt实用可编辑,无刷与有刷直流电动机比较,N,S,n,Ff,Fa,43,精品ppt实用可编辑,无刷与有刷直流电动机比较, 无刷直流电动机磁极磁场与电枢磁场处在某一变化范围内。如三相无刷直流电动机 60 120范围内变化。,44,精品ppt
10、实用可编辑,无刷与有刷直流电动机比较, 相同条件下，无刷直流电动机转矩脉动比有刷直流电动机大，电磁转矩小。,45,精品ppt实用可编辑,无刷与有刷直流电动机比较, BLDCM 用电子换相取代 DCM 的机械换向，因而没有电 刷与换向器。,46,精品ppt实用可编辑,无刷与有刷直流电动机比较, 通常情况下，BLDCM 的电枢绕组在定子上，励磁（永磁体）在转子上，与 DCM 中的定转子互换了位置。,47,精品ppt实用可编辑,无刷与有刷直流电动机比较, 通常 BLDCM 带有转子位置检测传感器，而 DCM 则不需这种位置检测装置。,48,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机概述,4. 无刷直流电动
11、机 的特点,49,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机主要特点, 永磁无刷结构 电机免维护，可高速运行，因此可降低电机体积和重量，具有高功率和转矩密度和高效率。,50,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机主要特点, 容易实现转矩控制 无刷直流电机的电磁转矩 Tem= KT Ff Fa sin 无刷直流电动机具有与直流电动机 相似的转矩特性。,51,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机主要特点,电力拖动系统转动方程,52,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机主要特点,异步电动机的电磁转矩 Tem=CTIa cos 一般情况下，Ff 、Fa非正交， 即 、 Ia 之间存在耦合关系。,53,精品pp
12、t实用可编辑,无刷直流电动机主要特点,直流电动机电磁转矩 Tem= CT Ia = CT Ff Fa,54,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机主要特点,无刷直流电动机电磁转矩 Tem= KT Ff Fa sin 一般情况下,为90（或平均值为90），调节永磁无刷直流电动机电枢电流（电压）便可实现对转矩的控制。,55,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机主要特点, 系统成本相对较低 逆变器方波电流容易实现，控制器结构较简单；电机可采用整距集中绕组，制造工艺较简单；转子位置传感器结构简单，成本低。,56,精品ppt实用可编辑,90年代以来永磁材料发展状况,永磁材料的磁能积,钕铁硼,钐 钴,铁氧体
13、,57,精品ppt实用可编辑,稀土永磁无刷直流电动机特点, 可明显降低电机重量，减小其体积； 缩短转子外径，增加气隙长度，进 而改善了电机的有关性能； 产生近似矩形波的气隙磁场，可设 计成方波无刷直流电动机；,58,精品ppt实用可编辑,稀土永磁无刷直流电动机特点, 抗电枢反应去磁能力强，更适合 突然反转、堵转等运行工况； 退磁曲线线性、可逆，简化了设 计和分析。,59,精品ppt实用可编辑,5. 无刷直流电动机 系统组成,无刷直流电动机概述,60,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机系统组成, 无刷直流电动机系统组成 1） 控制器 2） 电机本体 3） 霍尔位置传感器,61,精品ppt实用可
14、编辑,无刷直流电动机系统组成,直流电源,控制器,电动机,转子位置传感器,输出,无刷直流电动机系统框图,62,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机系统组成,V1V6,A,C,B,控制电路,驱动电路,电 机,霍尔位置 传感器,控 制 器,A,C,B,1,3,6,4,2,5,S,逆变电路,三相永磁无刷直流电动机系统图,63,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机系统组成,某稀土永磁无刷直流电动机系统框图,64,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机系统组成,1） 控制器,65,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机控制器,控制器的组成 开关主电路 驱动电路 控制电路,66,精品ppt实用可编辑,无刷直流电
15、动机控制器,1,3,6,4,2,5,滤波电路 缓冲电路 逆变电路,接整流桥,D7,C3,R3,无刷直流电动机开关主电路,67,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机控制器, 缓冲电路作用 减少开关管承受的尖峰电压，使开关管 工作在安全区域内，提高主电路的可靠性。 C3：选用高频性能好的无感电容 D7：选用快速恢复二极管 或选用整体缓冲电路。,68,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机控制器, 逆变电路 分立功率器件：功率晶体管GTR 、功率 场效应管 MOSFET、绝缘栅晶体管 IGBT、可关断晶闸管GTO、MCT 功率集成电路：功率开关管集成块、智能 化功率模块 IPM,69,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机控制器, 驱动电路作用 将控制电路的输出信号进行功率放大， 并向各功率开关管送去能使其饱和导通和 可靠关断的驱动信号。,70,精品ppt实用可编辑,无刷直流电动机控制器, 驱动电路 美国IR公司生产的六路集成驱动芯片（如 IR2130），具有集成度高、速度快、 过流欠压保护、 开关频率高、 价格便宜、调试方便等优点。,71,精品ppt实用可编辑,无刷
