-无刷直流电机精讲

《电动汽车电驱动技术》无刷直流电动机及其控制系统朱曰莹[e-mail]18222624006电动汽车电驱动技术第4章电驱动系统4.1永磁无刷电动机系统4.2永磁无刷电动机工作方式4.3永磁无刷电动机数学模型4.4永磁无刷电动机转子位置信号检测4.5永磁无刷电动机控制原理及实现电动汽车电驱动技术4.1永磁无刷电动机系统结构框图：电动汽车电驱动技术4.1永磁无刷电动机系统结构图：电动汽车电驱动技术4.1永磁无刷电动机系统电机本体结构：定子永磁转子传感器定子传感器转子(a)结构示意图(b)定转子实际结构与普通直流电机不同点？电动汽车电驱动技术4.1永磁无刷电动机系统转子结构形式：NSNSNSNS表面式磁极NNNNNNSSSSSS嵌入式磁极NSNSNSNS环形磁极电动汽车电驱动技术4.1永磁无刷电动机系统外转子式电动机结构：实际电机外转子绕组永磁体内定子结构示意图电动汽车电驱动技术4.1永磁无刷电动机系统电动汽车电驱动技术4.1永磁无刷电动机系统半桥式功率变换器：USABCDb)四相半桥主电路USABCa)三相半桥主电路电动汽车电驱动技术4.1永磁无刷电动机系统桥式功率变换器：c)星形联结三相桥式主电路USVD1VD4VT1VT4VD5VD2VT3VT6VD3VD6VT5VT2ABC电动汽车电驱动技术4.1永磁无刷电动机系统桥式功率变换器：d)三角形联结三相桥式主电路USVD1VD4VT1VT4VD5VD2VT3VT6VD3VD6VT5VT2ABC电动汽车电驱动技术4.1永磁无刷电动机系统主电路选择原则：1、绕组利用率：三相绕组优于四相、五相。2、转矩脉动：相数越多，脉动越小。3、电路成本：相数越多，成本越高。星形联接三相桥式主电路应用最多电动汽车电驱动技术4.1永磁无刷电动机系统基本工作原理：电动汽车电驱动技术功率开关导通顺序：4.1永磁无刷电动机系统电动汽车电驱动技术工作原理4.1永磁无刷电动机系统AACAB结构特点绕组绕线位置传感器电动汽车电驱动技术工作原理4.1永磁无刷电动机系统AABCB电动汽车电驱动技术工作原理4.1永磁无刷电动机系统ACBCA电动汽车电驱动技术工作原理4.1永磁无刷电动机系统ACABA电动汽车电驱动技术工作原理4.1永磁无刷电动机系统ABABC电动汽车电驱动技术工作原理4.1永磁无刷电动机系统ABCAC电动汽车电驱动技术工作原理4.1永磁无刷电动机系统AACAB转子角度？电流变化？电动汽车电驱动技术附：电角度和机械角度•当转子为一对极时：θm=θe；•当转子为n对极时：θe=n×θm。电角度和机械角度电动汽车电驱动技术两种类型4.1永磁无刷电动机系统iaBBeaeaiaTaTaTeTettttttttttOOOOOOOOOO(a)无刷直流电动机(b)永磁同步电动机电动汽车电驱动技术两种类型4.1永磁无刷电动机系统(a)无刷直流电动机(b)永磁同步电动机电动汽车电驱动技术星型三相半桥主电路4.2永磁无刷电动机工作方式无刷直流电动机的主电路主要有星形联结三相半桥式、星形联结三相桥式和角形联结三相桥式三种形式。电动汽车电驱动技术0120240360480t0120240360480t0120240360480tH1H2H3星型三相半桥主电路4.2永磁无刷电动机工作方式电动汽车电驱动技术星型三相桥式主电路VT2VT6VT4VT1VT3VT5ABC+US-4.2永磁无刷电动机工作方式电动汽车电驱动技术星型三相桥式主电路：二二导通4.2永磁无刷电动机工作方式电动汽车电驱动技术星型三相桥式主电路：三三导通4.2永磁无刷电动机工作方式电动汽车电驱动技术角型三相桥式主电路VT2VT6VT4VT1VT3VT5C+US-ACB4.2永磁无刷电动机工作方式电动汽车电驱动技术角型三相桥式主电路：二二导通4.2永磁无刷电动机工作方式电动汽车电驱动技术角型三相桥式主电路：三三导通4.2永磁无刷电动机工作方式电动汽车电驱动技术4.3无刷直流电动机的数学模型假设:(1)电动机的气隙磁感应强度在空间呈梯形(近似为方波)分布；(2)定子齿槽的影响忽略不计；(3)电枢反应对气隙磁通的影响忽略不计；(4)忽略电机中的磁滞和涡流损耗；(5)三相绕组完全对称。直接利用电动机本身的相变量来建立数学模型电动汽车电驱动技术定子相绕组电压定子相绕组电流定子相绕组自感、互感定子相绕组电动势微分算子cbacbacbacbaeeeiiidtdLMMMLMMMLiiirrruuu0000004.3无刷直流电动机的数学模型三相绕组的电压平衡方程：电动汽车电驱动技术当三相绕组为星型连接，且没有中线，则：ia+ib+ic=0Mia+Mib=-MicMib+Mic=-MiaMia+Mic=-MibcbacbacbacbaeeeiiidtdMLMLMLiiirrruuu000000000000所以得电压方程：4.3无刷直流电动机的数学模型电动汽车电驱动技术rLMecUSVD1VD4VT1VT4VD5VD2VT3VT6VD3VD6VT5VT2rLMea+-+-+-iaibicrLMebABC4.3无刷直流电动机的数学模型无刷直流电动机的等效电路：电动汽车电驱动技术4.3无刷直流电动机的数学模型直流无刷电动机反电动势：电动汽车电驱动技术设电枢绕组导体的有效长度为La，导体的线速度为v，则单根导体在气隙磁场中感应的电动势为：(V)vLBea60260npnDv(m/s)如电枢绕组每相串联匝数为W，则每相绕组的感应电动势幅值为：nCnpWeWEeim152aiLB4.3无刷直流电动机的数学模型电动汽车电驱动技术4.4无刷直流电机转子位置检测转子位置传感器：•磁敏式位置传感器——霍尔元件•电磁式位置传感器——高频线圈•光电式位置传感器——光耦合器件电动汽车电驱动技术4.4无刷直流电机转子位置检测霍尔效应电动汽车电驱动技术4.4无刷直流电机转子位置检测霍尔元件功能框图：电动汽车电驱动技术4.4无刷直流电机转子位置检测霍尔元件电磁转换：HallIC电动汽车电驱动技术4.4无刷直流电机转子位置检测霍尔元件安装位置：定子永磁转子传感器定子传感器转子电动汽车电驱动技术4.4无刷直流电机转子位置检测电磁式位置传感器：电动汽车电驱动技术4.4无刷直流电机转子位置检测光电式位置传感器：电动汽车电驱动技术作业题1、写出三相星形连接直流无刷电机电压平衡方程？2、根据电压平衡方程画出电机等效电路。3、按照2中等效电路，说明二二导通方式下，一个周期内开关导通/关断与电机各相通电状态。4、若3中电机转子有四对极，求一个周期机械角度和电角度。5、画出三相绕组反电动势波形与开关管导通/关闭状态对应关系。6、无刷直流电机常用位置传感器是什么？叙述各自工作原理。电动汽车电驱动技术4.4无刷直流电机转子位置检测无位置传感器位置检测电动汽车电驱动技术4.4无刷直流电机转子位置检测端电压法反电动势过零点ibrLMecUSVD1VD4VT1VT4VD5VD2VT3VT6VD3VD6VT5VT2rLMea+-+-+-iaNrLMebABCUc0UB0UA0电动汽车电驱动技术4.4无刷直流电机转子位置检测换相点的确定：电动汽车电驱动技术4.4无刷直流电机转子位置检测反电动势检测电路：电动汽车电驱动技术4.5无刷直流电机控制原理及实现控制系统原理：逆变器-US+位置检测器转速计算逻辑控制ASR正反转控制ACRPWM逻辑“与”放大驱动n*n-++i*-iBLDCM电动汽车电驱动技术4.5无刷直流电机控制原理及实现ON_PWM型：-60060120180240300360VT1VT4VT3VT6VT5VT2tttttt电动汽车电驱动技术4.5无刷直流电机控制原理及实现PWM_ON型：-60060120180240300360VT1VT4VT3VT6VT5VT2tttttt电动汽车电驱动技术4.5无刷直流电机转子位置检测-60060120180240300360VT1VT4VT3VT6VT5VT2ttttttH_ON-L_PWM型：电动汽车电驱动技术4.5无刷直流电机转子位置检测H_PWM-L_PWM型：-60060120180240300360VT1VT4VT3VT6VT5VT2tttttt电动汽车电驱动技术4.5无刷直流电机转子位置检测单片机控制原理图：电动汽车电驱动技术思考题：1、画出星形连接三相桥式主电路二二导通方式下各相反电动势波形变化与开关导通关断规律图。2、根据1中规律图，分析如何实现反电动势过零点无位置传感器检测控制。3、画出等效电路图，并利用数学计算说明无位置传感器控制策略检测原理。4、在3中等效电路图中，画出基于端电压的反电动势检测电路。5、对于1中无刷直流电动机，说明PWM调制方式，并简单解释。