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1、王铁成 主编,特种电机知识,TEZHONG DIANJI ZHISHI,第七章 无刷直流电动机,本章应知,本章应会,1.了解永磁无刷直流电动机的基本构成和应用。 2.了解转子位置检测装置的有传感器检测和无传感器位置检测。 3.了解三相桥PWM控制和前端斩波控制的调速系统。 4.了解双重绕组无刷直流电动机的控制电路和调速系统。 5.了解双通道无刷直流电动机调速系统的特点。 6.了解无刷直流电动机三相桥单极PWM的控制方法。 7.了解无刷直流电动机前端PWM斩波控制方法。,1.掌握三相单极性永磁无刷直流电动机的工作原理。 2.掌握电子换相电路的构成和单、双极性电路。 3.掌握无刷直流电动机调速系统
2、的调整。,第二节 永磁无刷直流电动机的基本构成,图7-1 永磁无刷直流电动机的原理框图,图7-2 永磁无刷直流电动机的基本构成,第二节 永磁无刷直流电动机的基本构成,一、电动机本体 永磁无刷直流电动机实际上是一台永磁同步电动机，其电枢绕组多为三相或四相绕组，也可以做成两相或五相绕组，转子采用永磁磁极。 1.内转子型 这种结构与变通永磁同步电动机的结构基本相同，如图7-3所示。 2.外转子型 这种结构与反装式永磁同步电动机的结构基本相同，如图7-4所示。,第二节 永磁无刷直流电动机的基本构成,图7-3 内转子有槽式结构 1轴 2转子永磁钢 3定子铁心 4定子绕组 5转子轭铁,第二节 永磁无刷直流
3、电动机的基本构成,图7-4 外转子有槽式结构,第二节 永磁无刷直流电动机的基本构成,3.盘式转子型 这种结构电动机的转子形似圆盘，整个电动机也呈扁平形，一般称盘式电动机，也可做成有槽型和无槽型结构，如图7-5所示。,图7-5 盘式电动机的结构 a)有槽型 b)无槽型,第二节 永磁无刷直流电动机的基本构成,二、转子位置检测装置 位置检测装置是无刷直流电动机的重要组成部分。 1.传感器位置检测 传感器位置检测就是利用位置传感器来获取转子位置信号，以便用于电子换向电路中相应功率器件的导通和截止控制。 (1)霍尔传感器 永磁无刷直流电动机应用较多的是利用霍尔元件制成的霍尔传感器。,第二节 永磁无刷直流
4、电动机的基本构成,(2)光电编码器 光电编码器是一种数字信号检测装置，主要由码盘、发光元件和光电晶体管等组成，可用于永磁无刷电动机的位置检测和速度检测。 (3)旋转变压器 旋转变压器是一种精密控制微电机，能够检测和传送与转角有关的信息。 2.无传感器位置检测 无传感器位置检测是一种间接位置检测技术，是一种利用电动机的某些电气参数与转子位置的函数关系来解算出转子位置信息的方法，主要有以下两种类型：,第二节 永磁无刷直流电动机的基本构成,(1)基于电感信息的位置检测 永磁无刷直流电动机的电枢绕组电感与转子磁极的位置有关。 (2)基于反电动势的位置检测 永磁无刷电动机运行时，电枢绕组中将要感应出反电
5、动势。 三、电子换向电路 永磁无刷直流电动机电子换向电路的原理框图可参考图7-2。,第二节 永磁无刷直流电动机的基本构成,第三节 永磁无刷直流电动机的工作原理,图7-6 主电路原理图,图7-7 位置传感器信号与对应相绕组的电流波形 a)位置信号波形 b)电枢电流波形,第三节 永磁无刷直流电动机的工作原理,第四节 永磁无刷直流电动机的性能与应用,一、性能 通过分析，永磁无刷直流电动机的机械特性和调节特性均较硬，具有和有刷直流电动机一样好的控制性能，可以通过改变电源电压实现无级调速。 1.电枢绕组感应电动势,第四节 永磁无刷直流电动机的性能与应用,2.电枢电流,第四节 永磁无刷直流电动机的性能与应
6、用,3.电磁转矩,4.转速,第四节 永磁无刷直流电动机的性能与应用,5.电动势系数和转矩系数。,第四节 永磁无刷直流电动机的性能与应用,三、应用 与其他交流电动机相比，无刷直流电动机的电子装置和控制技术是最简单的，在航空航天领域广泛应用。,第四节 永磁无刷直流电动机的性能与应用,二、机械特性和调节特性,图7-8 飞机舵面双通道控制系统框图,第四节 永磁无刷直流电动机的性能与应用,图7-9 飞轮驱动和6-CMG五棱锥构形示意图 a)飞轮驱动 b)6CMG五棱锥构形,第四节 永磁无刷直流电动机的性能与应用,第五节 无刷直流电动机调速系统,一、系统的控制方式 无刷直流电动机控制系统，采用两相方波电压
7、供通电，三相六状态控制方法。,图7-10 无刷直流电动机三相桥逆变电路,表7-1 无刷直流电动机相绕组通电过程,1.三相桥单极性PWM控制 为了控制电动机的转速或转矩，可以通过控制相绕组电压或控制直流电压Ud来实现，通常采用简单的单极性PWM控制方法。,第五节 无刷直流电动机调速系统,图7-11 单极性PWM控制信号 a)电动机正转控制信号 b)电动机反转控制信号,第五节 无刷直流电动机调速系统,图7-12 单极性PWM控制信号 a)电动机正转控制信号 b)电动机反转控制信号,2.前端PWM斩波控制,第五节 无刷直流电动机调速系统,对于高速(如10000r/min)宽调速的航空无刷直流电动机，
8、电磁时间常数很小，采用IGBT等开关器件时，频率为20kHz的单极性控制方法电流常不能连续，导致调速范围小，机械特性很软，并且电磁干扰严重。,图7-13 航空无刷直流电动机功率电路,第五节 无刷直流电动机调速系统,图7-14 等值电路 a)斩波器等值电路 b)逆变器与电动机等值电路,第五节 无刷直流电动机调速系统,二、调速系统,第五节 无刷直流电动机调速系统,图7-15 单极性PWM控制的双闭环无刷直流调速系统的动态结构,第五节 无刷直流电动机调速系统,图7-16 前端斩波控制的双闭环无刷直流调速系统的动态结构,三、航空双通道无刷直流电动机调速系统 1.双重绕组无刷直流电动机 双重绕组无刷直流
9、电动机，是在定子槽中嵌放两套三相集中绕组，星形联结，两套绕组互差30电角。,第五节 无刷直流电动机调速系统,图7-17 双重绕组无刷直流电动机电路,第五节 无刷直流电动机调速系统,图7-18 航空双通道无刷直流电动机调速系统框图,第五节 无刷直流电动机调速系统,表7-2 双重电动机的换相控制,2.双通道无刷直流电动机调速系统的特点 为了避免上述双通道无刷直流电动机调速系统(见图7-18)由于控制电压Ud1Ud2而导致两套绕组电流不相等的情况，双通道控制系统要采用电流均衡控制策略。,第五节 无刷直流电动机调速系统,图7-19 双通道无刷直流电动机的电流均衡控制调速系统结构,第五节 无刷直流电动机调速系统,
