无刷直流电机运行原理与基本控制方法-课件

1无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法一、几个术语解释一、几个术语解释（极对数、相数、电角度、电角频率、（极对数、相数、电角度、电角频率、相电压、线电压、反电动势）相电压、线电压、反电动势）二、无刷直流电机的运行原理二、无刷直流电机的运行原理（运行原理、数学模型）（运行原理、数学模型）三、无刷直流电机的基本控制方法三、无刷直流电机的基本控制方法（各参数相互关系、换流过程与换流模式）（各参数相互关系、换流过程与换流模式）四、车用无刷直流电机及其控制系统四、车用无刷直流电机及其控制系统（基本控制、弱磁控制）（基本控制、弱磁控制）2无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法 极对数（极对数（）：电机转子中）：电机转子中N-S极的对数，极的对数，2，3，4，相数（相数（）：电机绕组个数，）：电机绕组个数，3，6，12，电角度（电角度（）/机械角度（机械角度（）：）：电角频率（电角频率（）/机械角频率（机械角频率（）：）：电角频率与电机转速（电角频率与电机转速（）：）：极（极（2p）槽（）槽（Z）配合：）配合：Z/2p 相电压：电机相绕组对电机中性点电压相电压：电机相绕组对电机中性点电压 线电压：电机两相绕组之间电压线电压：电机两相绕组之间电压 反电动势：电机到拖时某一转速下对应电机线电压峰值反电动势：电机到拖时某一转速下对应电机线电压峰值3无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法4无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法t无刷直流无刷直流电机机组成部分：成部分：电机本体、位置机本体、位置传感器、感器、电子开关子开关线路；路；t电机本体在机本体在结构上与永磁构上与永磁同步同步电动机相似；机相似；t电子开关子开关线路由功率路由功率逻辑开关开关单元和位置元和位置传感器信感器信号号处理理单元两部分元两部分组成；成；t电子开关子开关线路路导通次序是通次序是与与转子子转角同步的，起机角同步的，起机械械换向器的向器的换向作用。向作用。5无刷直流电机运行原理与基本控制方法无刷直流电机运行原理与基本控制方法a)0a)0度（度（换相前）相前）b)0b)0度（度（换相后）相后）c)60c)60度（度（换相前）相前）d)60d)60度（度（换相后）相后）e)120e)120度（度（换相前）相前）f)120f)120度（度（换相后）相后）6无刷直流电机运行原理与基本控制方法无刷直流电机运行原理与基本控制方法 无刷直流无刷直流电机的机的电流和感流和感应电动势具有以具有以下特点：下特点：（1 1）感）感应电动势为三相三相对称的梯形波，其称的梯形波，其波波顶宽为（2 2）电流流为三相三相对称的方波；称的方波；（3 3）梯形波反）梯形波反电势与方波与方波电流在相位上流在相位上严格同步。格同步。7无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法 采用理想化的直流无刷电机用状态方采用理想化的直流无刷电机用状态方程表示的数学模型，电流为理想的方波，程表示的数学模型，电流为理想的方波，反电势为理想的梯形波，并作如下假设：反电势为理想的梯形波，并作如下假设：（1）不计磁路饱和；）不计磁路饱和；（2）电机涡流损耗和磁滞损耗；）电机涡流损耗和磁滞损耗；（3）忽略定子电流的电枢反应；）忽略定子电流的电枢反应；（4）定子绕组采用）定子绕组采用Y形接法。形接法。无刷直流电机的等效电路无刷直流电机的等效电路8无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法9无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法 在任何时刻，定子上只有两相同时导通，且导通相的定子在任何时刻，定子上只有两相同时导通，且导通相的定子电流幅值保持不变：电流幅值保持不变：称称为转矩系数矩系数 10无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法逆变器逆变器永磁无刷电机系统示意图永磁无刷电机系统示意图 为直流直流电源（源（V V）；）；为中中间直流回路支撑直流回路支撑（滤波）波）电容（容（F F）；）；为6 6个功率开关管；个功率开关管；为为6 6个个续流二极管；流二极管；采用采用120120的两两的两两导通方式，通方式，对 分分别在各自在各自120120导通通时间内根据不同的内根据不同的调制方式制方式进行行PWMPWM调制。制。11无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法12无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法13无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法14无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法（1 1）pwm-onpwm-on型型调制方式制方式 （2 2）on-pwmon-pwm型型调制方式制方式 15无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法（3 3）H_on-L_pwmH_on-L_pwm型型调制方式制方式 （4 4）H_pwm-L_onH_pwm-L_on型型调制方式制方式16无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法（5 5）L_pwm-H_pwmL_pwm-H_pwm型型调制方式制方式 （6 6）on-onon-on型型调制方式制方式17无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法（1 1）pwm-onpwm-on型型调制方式制方式 （2 2）on-pwmon-pwm型型调制方式制方式18无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法（3 3）H_on-L_pwmH_on-L_pwm型型调制方式制方式 （4 4）H_pwm-L_onH_pwm-L_on型型调制方式制方式19无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法（5 5）L_on-H_pwmL_on-H_pwm型型调制方式制方式调制方式转矩脉动仿真结果上桥下桥pwm-on2020on-pwm3030H_pwm-L_on18.537.5H_on-L_pwm33.815.4H_pwm-L_pwm42.4%42.4%20无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法（1）采用）采用pwm-on方式时，下桥换相和上桥换相的换相转矩脉动相等，且最小；非方式时，下桥换相和上桥换相的换相转矩脉动相等，且最小；非换向相电流脉动也是最小的；换向相电流脉动也是最小的；（2）采用）采用on-pwm方式时，下桥和上桥换相转矩脉动相等且比方式时，下桥和上桥换相转矩脉动相等且比pwm-on方式大，非换方式大，非换向相电流脉动也比向相电流脉动也比pwm-on方式时大。方式时大。（3）采用）采用H_pwm-L_on方式时，下桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动大且与方式时，下桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动大且与on-pwm方式时的转矩脉动和电流脉动相等，上桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动小方式时的转矩脉动和电流脉动相等，上桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动小且与且与pwm-on方式时的转矩脉动和电流脉动相等。方式时的转矩脉动和电流脉动相等。（4）采用）采用H_on-L_pwm方式时，下桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动小且与方式时，下桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动小且与pwm-on方式时的转矩脉动和电流脉动相等，上桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动方式时的转矩脉动和电流脉动相等，上桥换相转矩脉动和非换向相电流脉动大且与大且与on-pwm方式时的转矩脉动和电流脉动相等。方式时的转矩脉动和电流脉动相等。（5）采用）采用H_pwm-L_pwm方式时，换相转矩脉动最大且非换向相电流脉动也最大。方式时，换相转矩脉动最大且非换向相电流脉动也最大。21无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法HALL状态101100110010011001导通功率管22无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法T1T1、T2T2同同时导通通T1T1关断、关断、T2T2导通通23无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法T2T2、T3T3同同时导通通T3T3关断、关断、T2T2导通通24无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法T1T1、T2T2同同时导通通T1T1、T2T2同同时关断关断25无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法T2T2、T3T3同同时导通通T2T2、T3T3同同时关断关断26t功率管开通，功率管开通，转矩脉矩脉动相同；相同；t功率管关断，功率管关断，单侧调制制转矩脉矩脉动大于双大于双侧调制制转矩脉矩脉动；t单侧调制存在相制存在相见续流流现象，象，换相相时间长；t双双侧调制引入直流母制引入直流母线电压到到续流回路，流回路，产生反生反电压，换相相时间短；短；t单侧调制制较双双侧调制制损耗小。耗小。无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法27无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法28无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法29无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法30无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法31无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法升压斩波器原理升压斩波器原理32无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法HALL状态101100110010011001导通功率管33无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法T4T4开通开通时电流流向流流向 T4T4关断关断时的的电流流向流流向34无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法T6T6开通开通时电流流向流流向 T6T6关断关断时的的电流流向流流向35无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法HALL状态101100110010011001导通功率管36无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法T3、T4关断时电流流向关断时电流流向 T4、T5导通时的电流流向导通时的电流流向37无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法T4T4、T5T5关断关断时电流流向（流流向（i iB B00）T4T4、T5T5关断关断时的的电流流向（流流向（i iB B=0=0）38无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法T3T3、T4T4关断关断时电流流向流流向 T4T4、T5T5导通通时的的电流流向流流向39无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法40无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法电流闭环控制结构电流闭环控制结构转矩闭环控制结构转矩闭环控制结构41无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法转矩闭环控制结构转矩闭环控制结构依据转速控制弱磁角度依据转速控制弱磁角度转矩闭环控制结构转矩闭环控制结构依据转速和转矩控制弱磁角度依据转速和转矩控制弱磁角度42无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法43无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法44无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法45无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法HALL状态101100110010011001导通功率管46无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法47无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法48无刷直流电机运行原理与基本控制无刷直流电机运行原理与基本控制方法方法