3.3直流无刷电机及其驱动技术

PM SM PM SM 的 问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的 问 题 的 问 题 的 问 题 的 问 题 的 问 题 的 问 题 的 问 题 �� 控 制 比 直 流 伺 服 电 机 要 复 杂 的 多 ； 控 制 比 直 流 伺 服 电 机 要 复 杂 的 多 ； �� 要 想 实 现 力 矩 控 制 ， 必 须 有 角 位 置 传 感 器 ， 以 测 要 想 实 现 力 矩 控 制 ， 必 须 有 角 位 置 传 感 器 ， 以 测 量量 dd--qq 坐 标 系 的 旋 转 角 ； 坐 标 系 的 旋 转 角 ； �� 反 电 势 必 须 是 正 弦 波 的 ， 这 对 电 机 设 计 及 制 造 工 反 电 势 必 须 是 正 弦 波 的 ， 这 对 电 机 设 计 及 制 造 工 艺 提 出 了 较 高 的 要 求 。 艺 提 出 了 较 高 的 要 求 。 艺 提 出 了 较 高 的 要 求 。 艺 提 出 了 较 高 的 要 求 。 a u ai 反 电 势 必 须 是 正 弦 波 的 才 能 产 生 正 弦 电 流 反 电 势 必 须 是 正 弦 波 的 才 能 产 生 正 弦 电 流 3. 3 3. 3 无 刷 直 流 电 动 机 无 刷 直 流 电 动 机 无 刷 直 流 电 动 机 无 刷 直 流 电 动 机 无 刷 直 流 电 动 机 无 刷 直 流 电 动 机 无 刷 直 流 电 动 机 无 刷 直 流 电 动 机 （ （（（（ （（（ Br us hle ss Di rec t C ur ren t M oto r , BL DC Br us hle ss Di rec t C ur ren t M oto r , BL DC ） ）））） ））） 11、 、、、 无 刷 直 流 电 动 机 结 构 无 刷 直 流 电 动 机 结 构 无 刷 直 流 电 动 机 结 构 无 刷 直 流 电 动 机 结 构 、 、、、 无 刷 直 流 电 动 机 结 构 无 刷 直 流 电 动 机 结 构 无 刷 直 流 电 动 机 结 构 无 刷 直 流 电 动 机 结 构 22、 、、、 无 刷 直 流 电 动 机 工 作 原 理 无 刷 直 流 电 动 机 工 作 原 理 无 刷 直 流 电 动 机 工 作 原 理 无 刷 直 流 电 动 机 工 作 原 理 、 、、、 无 刷 直 流 电 动 机 工 作 原 理 无 刷 直 流 电 动 机 工 作 原 理 无 刷 直 流 电 动 机 工 作 原 理 无 刷 直 流 电 动 机 工 作 原 理 33、 、、、 力 矩 和 速 度 的 控 制 力 矩 和 速 度 的 控 制 力 矩 和 速 度 的 控 制 力 矩 和 速 度 的 控 制 、 、、、 力 矩 和 速 度 的 控 制 力 矩 和 速 度 的 控 制 力 矩 和 速 度 的 控 制 力 矩 和 速 度 的 控 制 44、 、、、、 、、、 PW M PW M 控 制 技 术 控 制 技 术 控 制 技 术 控 制 技 术 控 制 技 术 控 制 技 术 控 制 技 术 控 制 技 术 1. 1. 结 构 结 构 结 构 结 构 结 构 结 构 结 构 结 构 �� 由 定 子 、 转 子 、 检 测 转 子 磁 极 位 置 的 传 感 器 及 换 由 定 子 、 转 子 、 检 测 转 子 磁 极 位 置 的 传 感 器 及 换 相 电 路 组 成 相 电 路 组 成 。。 �� 定 子 采 用 叠 片 结 构 并 在 槽 内 铺 设 绕 组 的 方 式 定 子 采 用 叠 片 结 构 并 在 槽 内 铺 设 绕 组 的 方 式 。。 �� 定 子 绕 组 多 采 用 三 相 并 以 星 形 方 式 连 接 定 子 绕 组 多 采 用 三 相 并 以 星 形 方 式 连 接 。。 �� 将 永 磁 体 贴 装 在 非 导 磁 材 料 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面 或 镶 嵌 在 其 内 构 成 。 将 永 磁 体 贴 装 在 非 导 磁 材 料 表 面 或 镶 嵌 在 其 内 构 成 。 �� 大 部 分 大 部 分 BL DC BL DC 采 用 表 面 安 装 方 式 。 采 用 表 面 安 装 方 式 。 �� 多 为 多 为 22到到 33对 极 的 。 对 极 的 。 �� 磁 性 材 料 多 采 用 具 有 高 磁 通 密 度 的 稀 土 材 料 ， 如 銣 磁 性 材 料 多 采 用 具 有 高 磁 通 密 度 的 稀 土 材 料 ， 如 銣 铁 硼 等 铁 硼 等 �� 结 构 上 结 构 上 BL DC BL DC 与与 PM SM PM SM 有 些 相 似 ， 但 有 两 点 不 同 ： 有 些 相 似 ， 但 有 两 点 不 同 ： �� BL DC BL DC 的 转 子 磁 极 经 专 门 的 磁 路 设 计 ， 可 获 得 梯 形 波 的 气 的 转 子 磁 极 经 专 门 的 磁 路 设 计 ， 可 获 得 梯 形 波 的 气 隙 磁 场 。 而 隙 磁 场 。 而 PM SM PM SM 的的 气 隙 磁 场 是 正 弦 波 的 。 气 隙 磁 场 是 正 弦 波 的 。 �� BL DC BL DC 的 定 子 绕 组 结 构 使 之 产 生 的 反 电 势 是 梯 形 波 的 。 而 的 定 子 绕 组 结 构 使 之 产 生 的 反 电 势 是 梯 形 波 的 。 而 PM SM PM SM 绕 组 绕 组 结 构 结 构 产 生 正 弦 型 的 反 电 势 。 产 生 正 弦 型 的 反 电 势 。 PM SM PM SM 定 子 绕 组 产 生 正 弦 型 的 反 电 势 定 子 绕 组 产 生 正 弦 型 的 反 电 势 BL DC BL DC 的 定 子 绕 组 产 生 的 反 电 势 是 梯 形 波 的 定 子 绕 组 产 生 的 反 电 势 是 梯 形 波 2. 2. 工 作 原 理 工 作 原 理 工 作 原 理 工 作 原 理 工 作 原 理 工 作 原 理 工 作 原 理 工 作 原 理 11） ））） 旋 转 磁 场 如 何 产 生 旋 转 磁 场 如 何 产 生 旋 转 磁 场 如 何 产 生 旋 转 磁 场 如 何 产 生 ？ ？？？ ） ））） 旋 转 磁 场 如 何 产 生 旋 转 磁 场 如 何 产 生 旋 转 磁 场 如 何 产 生 旋 转 磁 场 如 何 产 生 ？ ？？？ �� BL DC BL DC 本 质 上 是 一 种 同 步 电 机 ， 即 定 子 绕 组 通 电 产 生 旋 转 本 质 上 是 一 种 同 步 电 机 ， 即 定 子 绕 组 通 电 产 生 旋 转 磁 场 ， 吸 引 转 子 磁 极 与 之 对 准 ， 产 生 轴 的 运 动 。 磁 场 ， 吸 引 转 子 磁 极 与 之 对 准 ， 产 生 轴 的 运 动 。 �� 假 定 电 机 定 子 为 假 定 电 机 定 子 为 33相相 66极 ， 相 对 应 极 的 两 个 绕 组 首 尾 相 接 组 极 ， 相 对 应 极 的 两 个 绕 组 首 尾 相 接 组 成 一 相 绕 组 ， 成 一 相 绕 组 ， 33相 绕 组 星 型 连 接 。 相 绕 组 星 型 连 接 。 F � 当 电 流 流 过 流 过 两 个 绕 线 方 向 相 同 的 铁 芯 线 圈 时 ， 电 流 方 向 不 同 ， 产 生 的 磁 场 方 向 也 不 同 。 � 假 如 电 流 从 A相 绕 组 流 进 ， 从 B相 绕 组 流 出 ， A相 绕 组 产 生 从 CO M 端 指 向 A端 的 磁 势 ， B相 绕 组 产 生 从 B端 指 向 CO M端 的 磁 势 。 66步 通 电 顺 序 步 通 电 顺 序 步 通 电 顺 序 步 通 电 顺 序 步 通 电 顺 序 步 通 电 顺 序 步 通 电 顺 序 步 通 电 顺 序 �� 为 产 生 旋 转 磁 场 ， 三 相 绕 组 按 按 如 下 规 则 通 电 ： 为 产 生 旋 转 磁 场 ， 三 相 绕 组 按 按 如 下 规 则 通 电 ： �� 每 步 三 个 绕 组 中 一 个 绕 组 流 入 电 流 ， 一 个 绕 组 流 出 电 流 ， 一 个 每 步 三 个 绕 组 中 一 个 绕 组 流 入 电 流 ， 一 个 绕 组 流 出 电 流 ， 一 个 绕 组 不 导 通 ； 通 电 顺 序 为 ： 绕 组 不 导 通 ； 通 电 顺 序 为 ： 11.A +B .A +B -- 2.2. C+ B C+ B-- 3.3. C+ A C+ A-- 4.4. B+ A B+ A-- 5.5. B+ C B+ C-- 6.6. A+ C A+ C-- �� 每 步 仅 一 个 绕 组 被 每 步 仅 一 个 绕 组 被 换 相 换 相 。。 �� 每 步 磁 场 旋 转 每 步 磁 场 旋 转 6060度 ， 每 度 ， 每 66步 旋 转 磁 场 旋 转 一 周 。 步 旋 转 磁 场 旋 转 一 周 。 �� 随 着 磁 场 的 旋 转 ， 吸 引 转 子 磁 极 随 之 旋 转 。 随 着 磁 场 的 旋 转 ， 吸 引 转 子 磁 极 随 之 旋 转 。 �� 磁 场 顺 时 针 旋 转 ， 电 机 顺 时 针 旋 转 ： 磁 场 顺 时 针 旋 转 ， 电 机 顺 时 针 旋 转 ： 1→ 2→ 3→ 4→ 5→ 6 1→ 2→ 3→ 4→ 5→ 6 �� 磁 场 逆 时 针 旋 转 ， 电 机 逆 时 针 旋 转 ： 磁 场 逆 时 针 旋 转 ， 电 机 逆 时 针 旋 转 ： 6→ 5→ 4→ 3→ 2→ 1 6→ 5→ 4→ 3→ 2→ 1 �� 11.A +B .A +B -- 2.2. C+ B C+ B-- 3.3. C+ A C+ A-- 4.4. B+ A B+ A-- 5.5. B+ C B+ C-- 6.6. A+ C A+ C-- 22） ））） 如 何 实 现 换 相 如 何 实 现 换 相 如 何 实 现 换 相 如 何 实 现 换 相 ？ ？？？ ） ））） 如 何 实 现 换 相 如 何 实 现 换 相 如 何 实 现 换 相 如 何 实 现 换 相 ？ ？？？ �� 11.A +B .A +B -- 2.2. C+ B C+ B-- 3.3. C+ A C+ A-- 4.4. B+ A B+ A-- 5.5. B+ C B+ C-- 6.6. A+ C A+ C-- �� 必 须 换 相 才 能 实 现 磁 场 的 旋 转 。 必 须 换 相 才 能 实 现 磁 场 的 旋 转 。 �� 在 无 刷 电 机 中 ， 根 据 转 子 磁 极 的 位 置 实 现 换 相 。 在 无 刷 电 机 中 ， 根 据 转 子 磁 极 的 位 置 实 现 换 相 。 �� 要 想 根 据 转 子 磁 极 的 位 置 换 相 ， 就 必 须 知 道 转 子 磁 极 要 想 根 据 转 子 磁 极 的 位 置 换 相 ， 就 必 须 知 道 转 子 磁 极 的 位 置 。 的 位 置 。 �� 并 不 需 要 连 续 的 位 置 信 息 ， 仅 知 道 换 相 点 的 位 置 即 可 。 并 不 需 要 连 续 的 位 置 信 息 ， 仅 知 道 换 相 点 的 位 置 即 可 。 �� 在在 BL DC BL DC 中 ， 一 般 采 用 中 ， 一 般 采 用 33个 开 关 型 霍 尔 传 感 器 测 量 转 子 个 开 关 型 霍 尔 传 感 器 测 量 转 子 的 位 置 。 的 位 置 。 �� 由 其 输 出 的 由 其 输 出 的 33位 二 进 制 编 码 去 控 制 逆 变 器 中 位 二 进 制 编 码 去 控 制 逆 变 器 中 66个 功 率 管 个 功 率 管 的 导 通 实 现 换 相 。 的 导 通 实 现 换 相 。 开 关 型 霍 尔 传 感 器 开 关 型 霍 尔 传 感 器 开 关 型 霍 尔 传 感 器 开 关 型 霍 尔 传 感 器 开 关 型 霍 尔 传 感 器 开 关 型 霍 尔 传 感 器 开 关 型 霍 尔 传 感 器 开 关 型 霍 尔 传 感 器 �� 霍 尔 元 件 霍 尔 元 件 ++信 号 处 理 电 路 信 号 处 理 电 路 ==霍 尔 传 感 器 霍 尔 传 感 器 �� 利 用 霍 尔 效 应 ， 当 施 加 的 磁 场 达 到 利 用 霍 尔 效 应 ， 当 施 加 的 磁 场 达 到 ““ 动 作 点 动 作 点 ”” 时 ， 时 ， OCOC 门门 输 出 低 电 压 ， 称 这 种 状 态 为 输 出 低 电 压 ， 称 这 种 状 态 为 ““ 开开 ”” ;; �� 当 施 加 磁 场 达 到 当 施 加 磁 场 达 到 ““ 释 放 点 释 放 点 ”” 使使 OCOC 门 输 出 高 电 压 ， 称 其 为 门 输 出 高 电 压 ， 称 其 为 ““ 关关 ”” �� 施 密 特 触 发 器 通 过 引 入 施 密 特 触 发 器 通 过 引 入 ““ 磁 场 门 限 磁 场 门 限 ”” 消 除 振 荡 现 象 。 消 除 振 荡 现 象 。 无 刷 电 机 中 霍 尔 传 感 器 输 出 波 形 及 编 码 �� 如 果 将 一 只 霍 尔 传 感 器 安 装 在 靠 近 转 子 的 位 置 ， 当 转 子 如 果 将 一 只 霍 尔 传 感 器 安 装 在 靠 近 转 子 的 位 置 ， 当 转 子 NN极 靠 近 极 靠 近 霍 尔 传 感 器 即 磁 感 应 强 度 达 到 一 定 值 时 ， 其 输 出 是 导 通 状 态 ； 霍 尔 传 感 器 即 磁 感 应 强 度 达 到 一 定 值 时 ， 其 输 出 是 导 通 状 态 ； �� 导 通 状 态 保 持 直 到 电 机 旋 转 使 得 导 通 状 态 保 持 直 到 电 机 旋 转 使 得 SS极 靠 近 霍 尔 传 感 器 并 达 到 一 定 极 靠 近 霍 尔 传 感 器 并 达 到 一 定 值 时 ， 其 输 出 才 翻 转 为 截 止 状 态 。 值 时 ， 其 输 出 才 翻 转 为 截 止 状 态 。 �� 在在 SS--NN 交 替 变 化 磁 场 下 ， 传 感 器 输 出 波 形 占 高 、 低 电 平 各 占 交 替 变 化 磁 场 下 ， 传 感 器 输 出 波 形 占 高 、 低 电 平 各 占 50%50% 。。 �� 如 果 转 子 是 一 对 极 ， 则 电 机 旋 转 一 周 霍 尔 传 感 器 输 出 一 个 周 期 的 如 果 转 子 是 一 对 极 ， 则 电 机 旋 转 一 周 霍 尔 传 感 器 输 出 一 个 周 期 的 电 压 波 形 ， 如 果 转 子 是 两 对 极 ， 则 输 出 两 个 周 期 的 电 压 波 形 。 电 压 波 形 ， 如 果 转 子 是 两 对 极 ， 则 输 出 两 个 周 期 的 电 压 波 形 。 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 12 0 12 0度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 �� 直 流 无 刷 电 机 中 一 般 安 装 直 流 无 刷 电 机 中 一 般 安 装 33个 霍 尔 传 感 器 ， 间 隔 个 霍 尔 传 感 器 ， 间 隔 120120 度 或 度 或 6060 度 按 圆 周 分 布 。 度 按 圆 周 分 布 。 �� 如 果 间 隔 如 果 间 隔 120120 度 ， 则 度 ， 则 33个 霍 尔 传 感 器 的 输 出 波 形 相 差 个 霍 尔 传 感 器 的 输 出 波 形 相 差 120120 度度 �� 转 子 旋 转 转 子 旋 转 180180 度 后 转 子 磁 极 极 性 转 换 ， 因 此 输 出 信 号 中 高 、 度 后 转 子 磁 极 极 性 转 换 ， 因 此 输 出 信 号 中 高 、 低 电 平 各 占 低 电 平 各 占 180180 度 。 度 。 �� 如 果 规 定 输 出 信 号 高 电 平 为 如 果 规 定 输 出 信 号 高 电 平 为 ““ 11””， 低 电 平 为 ， 低 电 平 为 ““ 00””， 则 输 出 ， 则 输 出 的 三 个 信 号 可 用 的 三 个 信 号 可 用 33位 二 进 制 编 码 表 示 。 位 二 进 制 编 码 表 示 。 �� 每每 6060度 编 码 改 变 一 次 。 度 编 码 改 变 一 次 。 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 霍 尔 传 感 器 间 隔 6060 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 度 时 的 输 出 波 形 及 编 码 11 1 1 10 1 00 0 00 0 01 0 11 1 11 1 10 A B C �� 如 果 如 果 33个 霍 尔 开 关 间 隔 个 霍 尔 开 关 间 隔 6060度 ， 则 输 出 波 形 相 差 度 ， 则 输 出 波 形 相 差 6060度度 电 角 度 。 电 角 度 。 �� 间 隔 间 隔 120120 度 与 度 与 6060度 的 二 进 制 编 码 是 不 同 的 。 但 也 是 度 的 二 进 制 编 码 是 不 同 的 。 但 也 是 每每 6060度 电 角 度 ， 编 码 改 变 一 次 ， 输 出 信 号 中 高 、 度 电 角 度 ， 编 码 改 变 一 次 ， 输 出 信 号 中 高 、 低 电 平 各 占 低 电 平 各 占 180180 度 。 度 。 多 对 转 子 磁 极 时 霍 尔 传 感 器 的 输 出 波 形 及 编 码 多 对 转 子 磁 极 时 霍 尔 传 感 器 的 输 出 波 形 及 编 码 多 对 转 子 磁 极 时 霍 尔 传 感 器 的 输 出 波 形 及 编 码 多 对 转 子 磁 极 时 霍 尔 传 感 器 的 输 出 波 形 及 编 码 多 对 转 子 磁 极 时 霍 尔 传 感 器 的 输 出 波 形 及 编 码 多 对 转 子 磁 极 时 霍 尔 传 感 器 的 输 出 波 形 及 编 码 多 对 转 子 磁 极 时 霍 尔 传 感 器 的 输 出 波 形 及 编 码 多 对 转 子 磁 极 时 霍 尔 传 感 器 的 输 出 波 形 及 编 码 �� 当 转 子 为 两 对 磁 极 时 ， 如 转 子 旋 转 一 周 即 当 转 子 为 两 对 磁 极 时 ， 如 转 子 旋 转 一 周 即 360360 度 机 械 角 度 时 霍 尔 度 机 械 角 度 时 霍 尔 传 感 器 输 出 两 个 周 波 即 传 感 器 输 出 两 个 周 波 即 720720 度 电 角 度 。 度 电 角 度 。 �� 机 械 角 度 是 指 电 机 转 子 的 旋 转 角 度 机 械 角 度 是 指 电 机 转 子 的 旋 转 角 度 ,,由由 ΘmΘm 表 示 ； 表 示 ； �� 电 角 度 是 指 磁 场 的 旋 转 角 度 ， 由 电 角 度 是 指 磁 场 的 旋 转 角 度 ， 由 ΘeΘe 表 示 。 表 示 。 �� 当 转 子 为 一 对 极 时 ， 当 转 子 为 一 对 极 时 ， Θm =Θ e Θm =Θ e； 当 转 子 为 ； 当 转 子 为 nn对 极 时 ， 对 极 时 ， Θ e= nΘ m Θ e= nΘ m 。 。。。。 。。。 � 例 如 ， 所 示 的 BL DC 电 机 转 子 有 两 对 磁 极 ， 33个 霍 尔 开 关 间 隔 个 霍 尔 开 关 间 隔 6060 度 。 度 。 两 周 电 气 旋 转 对 应 于 一 周 机 械 旋 转 。 �� 每每 6060度度 电 角 度 电 角 度 编 码 改 变 一 次 。 输 出 信 号 中 高 、 低 电 平 各 占 编 码 改 变 一 次 。 输 出 信 号 中 高 、 低 电 平 各 占 180180 度 。 度 。 换 相 过 程 换 相 过 程 换 相 过 程 换 相 过 程 换 相 过 程 换 相 过 程 换 相 过 程 换 相 过 程 假 定 定 子 绕 组 为 假 定 定 子 绕 组 为 33相 ， 转 子 为 相 ， 转 子 为 22对 极 ， 对 极 ， 33个 霍 尔 传 感 器 间 隔 个 霍 尔 传 感 器 间 隔 6060 度 按 圆 周 分 布 ， 由 度 按 圆 周 分 布 ， 由 66只 晶 体 管 组 成 的 逆 变 器 给 电 机 供 电 。 只 晶 体 管 组 成 的 逆 变 器 给 电 机 供 电 。 从 霍 尔 传 感 器 输 出 的 二 进 制 编 码 控 制 6个 功 率 管 的 导 通 ， 可 由 逻 辑 电 路 实 现 ， 也 可 由 1.A +C - 2. A+ B- 3. C+ B - 4. C+ A- 5. B+ A- 6. B +C - 辑 电 路 实 现 ， 也 可 由 软 件 编 程 实 现 。 33、 、、、 力 矩 和 速 度 的 控 制 力 矩 和 速 度 的 控 制 力 矩 和 速 度 的 控 制 力 矩 和 速 度 的 控 制 、 、、、 力 矩 和 速 度 的 控 制 力 矩 和 速 度 的 控 制 力 矩 和 速 度 的 控 制 力 矩 和 速 度 的 控 制 � 当 电 机 转 子 旋 转 时 ， 由 电 磁 感 应 定 律 分 别 在 三 相 定 子 绕 组 中 产 生 三 个 反 电 势 。 � 反 电 势 的 大 小 取 决 于 3个 因 素 ： 转 子 的 角 速 度 、 由 转 子 磁 极 产 生 的 磁 场 和 定 子 绕 组 的 匝 数 。 � Ea =E b= Ec =K eω � Ea =E b= Ec =K eω �� 永 磁 无 刷 直 流 电 动 机 的 转 子 磁 极 永 磁 无 刷 直 流 电 动 机 的 转 子 磁 极 经 专 门 的 磁 路 设 计 ， 可 获 得 梯 形 经 专 门 的 磁 路 设 计 ， 可 获 得 梯 形 波 的 波 的 气 隙 磁 场 气 隙 磁 场 ， 定 子 采 用 集 中 整 ， 定 子 采 用 集 中 整 距 绕 组 ， 因 而 感 应 的 电 动 势 也 是 距 绕 组 ， 因 而 感 应 的 电 动 势 也 是 梯 形 波 的 。 梯 形 波 的 。 �� 由 逆 变 器 提 供 与 电 动 势 严 格 同 相 由 逆 变 器 提 供 与 电 动 势 严 格 同 相 的 方 波 电 流 。 的 方 波 电 流 。 � 从 功 率 平 衡 的 角 度 考 虑 Tω =E aIa +E bIb +E cIc a u ai 又 因 为 E= Ke ω,且 在 所 有 的 时 间 都 只 有 两 相 绕 组 流 过 相 同 电 流 ， T= 2K eIa 可 见 ， 力 矩 与 定 子 绕 组 电 流 成 正 比 ， 改 变 电 流 即 改 变 力 矩 。 特 点 特 点 特 点 特 点 ： ：：： 定 子 电 流 为 方 波 ， 反 电 动 势 为 梯 形 波 ， 且 在 每 半 个 周 期 内 ， 方 波 电 流 的 持 续 时 间 为 12 0° 电 角 度 ， 梯 形 波 反 电 动 势 的 平 顶 部 分 也 为 12 0° 电 角 度 ， 两 者 应 严 格 同 步 。 定 子 磁 势 和 转 子 磁 势 的 角 度 关 系 定 子 磁 势 和 转 子 磁 势 的 角 度 关 系 定 子 磁 势 和 转 子 磁 势 的 角 度 关 系 定 子 磁 势 和 转 子 磁 势 的 角 度 关 系 定 子 磁 势 和 转 子 磁 势 的 角 度 关 系 定 子 磁 势 和 转 子 磁 势 的 角 度 关 系 定 子 磁 势 和 转 子 磁 势 的 角 度 关 系 定 子 磁 势 和 转 子 磁 势 的 角 度 关 系 �� 按 照 电 机 统 一 规 律 ， 必 须 保 证 按 照 电 机 统 一 规 律 ， 必 须 保 证 θsθs-- θrθr为为 9090度 ， 才 能 取 得 最 大 转 矩 。 度 ， 才 能 取 得 最 大 转 矩 。 �� 因 旋 转 磁 场 是 因 旋 转 磁 场 是 6060度 增 量 ， 看 来 无 法 实 现 这 个 关 系 。 度 增 量 ， 看 来 无 法 实 现 这 个 关 系 。 �� 但 通 过 适 当 的 安 排 可 实 现 平 均 但 通 过 适 当 的 安 排 可 实 现 平 均 9090度 的 关 系 。 度 的 关 系 。 �� 如 果 每 一 步 都 使 离 转 子 磁 极 如 果 每 一 步 都 使 离 转 子 磁 极 120120 度 的 定 子 磁 势 所 对 应 的 绕 组 导 通 ， 度 的 定 子 磁 势 所 对 应 的 绕 组 导 通 ， 并 且 当 转 子 转 过 并 且 当 转 子 转 过 6060度 后 换 相 ， 如 此 重 复 每 一 步 ， 则 可 使 定 子 磁 势 度 后 换 相 ， 如 此 重 复 每 一 步 ， 则 可 使 定 子 磁 势 与 转 子 磁 势 相 差 与 转 子 磁 势 相 差 6060-- 120120 度 ， 平 均 度 ， 平 均 9090度 。 度 。 � 转 子 总 是 朝 着 着 能 使 θsθs --θ rθr 减 小 的 方 向 运 动 , 一 直 延 续 到 下 一 次 换 相 瞬 间 . 即 转 子 从 θsθs --θ rθr 为 12 0° 一 直 运 动 到 θsθs --θ rθr 为 60 ° , 然 后 定 子 电 为 12 0° 一 直 运 动 到 θsθs --θ rθr 为 60 ° , 然 后 定 子 电 流 换 相 , 定 子 绕 组 的 磁 动 势 向 前 步 进 60 ° . 结 果 θsθs --θ rθr 又 变 为 12 0° , 接 着 转 子 又 朝 θsθs --θ rθr 减 小 的 方 向 运 动 , 如 此 反 复 , 就 产 生 了 定 子 磁 势 与 定 子 磁 势 与 转 子 磁 势 相 差 转 子 磁 势 相 差 6060 --1 2012 0度 ， 平 均 度 ， 平 均 9090 度 的 关 系 。 度 的 关 系 。 力 矩 的 波 动 力 矩 的 波 动 力 矩 的 波 动 力 矩 的 波 动 力 矩 的 波 动 力 矩 的 波 动 力 矩 的 波 动 力 矩 的 波 动 �� 换 相 转 矩 脉 动 ： 换 相 转 矩 脉 动 ： 每 次 换 相 时 ， 由 于 绕 组 电 感 的 作 用 电 流 不 每 次 换 相 时 ， 由 于 绕 组 电 感 的 作 用 电 流 不 能 突 变 ， 电 流 的 过 渡 过 能 突 变 ， 电 流 的 过 渡 过 程程 产 生 力 矩 波 动 。 产 生 力 矩 波 动 。 �� 由 于 转 矩 存 在 波 动 ， 限 制 了 它 在 对 速 度 变 化 比 较 敏 感 的 场 由 于 转 矩 存 在 波 动 ， 限 制 了 它 在 对 速 度 变 化 比 较 敏 感 的 场 合 的 应 用 。 但 当 速 度 较 高 时 ， 负 载 的 转 动 惯 量 会 对 此 产 生 合 的 应 用 。 但 当 速 度 较 高 时 ， 负 载 的 转 动 惯 量 会 对 此 产 生 平 滑 作 用 。 平 滑 作 用 。 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 a u ai � 无 刷 直 流 电 机 和 有 刷 直 流 电 机 相 似 ， 改 变 定 子 绕 组 改 变 定 子 绕 组 电 压 的 幅 值 即 能 改 变 电 机 电 压 的 幅 值 即 能 改 变 电 机 速 度 。 速 度 。 �� 但 无 刷 直 流 电 动 机 与 永 磁 但 无 刷 直 流 电 动 机 与 永 磁 交 流 同 步 电 机 一 样 ， 实 质 交 流 同 步 电 机 一 样 ， 实 质 上 是 一 种 同 步 电 动 机 。 上 是 一 种 同 步 电 动 机 。 �� 表 面 上 通 过 改 变 电 压 控 制 表 面 上 通 过 改 变 电 压 控 制 速 度 ， 实 际 上 速 度 ， 实 际 上 通 过 改 变 力 通 过 改 变 力 �� 表 面 上 通 过 改 变 电 压 控 制 表 面 上 通 过 改 变 电 压 控 制 速 度 ， 实 际 上 速 度 ， 实 际 上 通 过 改 变 力 通 过 改 变 力 矩 改 变 电 机 速 度 ， 使 霍 尔 矩 改 变 电 机 速 度 ， 使 霍 尔 传 感 器 发 出 的 编 码 信 号 传 感 器 发 出 的 编 码 信 号 改 变 改 变 逆 变 器 换 相 的 速 度 ， 逆 变 器 换 相 的 速 度 ， 从 而 改 变 电 机 的 供 电 频 率 ， 从 而 改 变 电 机 的 供 电 频 率 ， 保 证 转 子 转 速 与 供 电 频 率 保 证 转 子 转 速 与 供 电 频 率 同 步 。 同 步 。 �� 因 此 是 通 过 电 压 和 频 率 的 因 此 是 通 过 电 压 和 频 率 的 协 调 来 控 制 转 速 。 协 调 来 控 制 转 速 。 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 速 度 的 控 制 �� 从 电 动 机 本 身 看 ， 它 是 一 台 同 步 电 动 机 ， 但 是 如 果 把 它 和 从 电 动 机 本 身 看 ， 它 是 一 台 同 步 电 动 机 ， 但 是 如 果 把 它 和 逆 变 器 逆 变 器 、 转 子 位 置 检 测 器 、 转 子 位 置 检 测 器 合 起 来 看 ， 就 象 是 一 台 直 流 电 合 起 来 看 ， 就 象 是 一 台 直 流 电 动 机 。 动 机 。 �� 直 流 电 机 电 枢 里 面 的 电 流 本 来 就 是 交 变 的 ， 只 是 经 过 换 向 直 流 电 机 电 枢 里 面 的 电 流 本 来 就 是 交 变 的 ， 只 是 经 过 换 向 器 和 电 刷 才 在 外 部 电 路 表 现 为 直 流 。 器 和 电 刷 才 在 外 部 电 路 表 现 为 直 流 。 无 刷 直 流 电 动 机 无 刷 直 流 电 动 机 逆 变 逆 变 器 和 转 子 位 置 检 测 器 替 代 机 械 式 换 向 器 和 电 刷 。 器 和 转 子 位 置 检 测 器 替 代 机 械 式 换 向 器 和 电 刷 。 �� 历 史 上 历 史 上 无 刷 直 流 电 动 机 有 过 交 流 伺 服 电 机 、 梯 形 波 交 流 伺 无 刷 直 流 电 动 机 有 过 交 流 伺 服 电 机 、 梯 形 波 交 流 伺 服 电 机 、 服 电 机 、 无 刷 直 流 电 机 等 多 种 称 呼 。 rFv siv α 2pi θ + �� 永 磁 交 流 同 步 电 机 也 是 通 过 传 感 器 检 测 电 机 位 置 ， 从 而 改 永 磁 交 流 同 步 电 机 也 是 通 过 传 感 器 检 测 电 机 位 置 ， 从 而 改 变变 dqdq 坐 标 系 的 旋 转 速 度 也 即 电 压 频 率 坐 标 系 的 旋 转 速 度 也 即 电 压 频 率 ((磁 场 旋 转 速 度 ） 来 磁 场 旋 转 速 度 ） 来 改 变 电 机 速 度 的 。 改 变 电 机 速 度 的 。 �� 控 制 系 统 也 和 控 制 系 统 也 和 D C D C系 统 一 样 ， 要 求 不 高 时 ， 可 采 用 开 环 调 系 统 一 样 ， 要 求 不 高 时 ， 可 采 用 开 环 调 速 ， 要 求 较 高 时 可 采 用 速 度 回 路 和 电 流 回 路 改 善 性 能 。 速 ， 要 求 较 高 时 可 采 用 速 度 回 路 和 电 流 回 路 改 善 性 能 。 �� 无 论 是 开 环 还 是 闭 环 系 统 ， 都 必 须 具 备 转 子 位 置 检 测 、 发 无 论 是 开 环 还 是 闭 环 系 统 ， 都 必 须 具 备 转 子 位 置 检 测 、 发 出 换 相 信 号 、 调 速 时 对 直 流 电 压 的 出 换 相 信 号 、 调 速 时 对 直 流 电 压 的 PW M PW M 控 制 等 基 本 功 能 。 控 制 等 基 本 功 能 。 BL D C BL D C电 机 的 速 度 电 机 的 速 度 电 机 的 速 度 电 机 的 速 度 电 机 的 速 度 电 机 的 速 度 电 机 的 速 度 电 机 的 速 度 ------ 力 矩 特 性 曲 线 力 矩 特 性 曲 线 力 矩 特 性 曲 线 力 矩 特 性 曲 线 力 矩 特 性 曲 线 力 矩 特 性 曲 线 力 矩 特 性 曲 线 力 矩 特 性 曲 线 �� 在 连 续 工 作 区 ， 电 机 可 被 加 载 直 至 额 定 转 矩 在 连 续 工 作 区 ， 电 机 可 被 加 载 直 至 额 定 转 矩 Tr . Tr . �� 在 电 机 起 停 阶 段 ， 需 要 额 外 的 力 矩 克 服 负 载 惯 性 。 这 时 可 在 电 机 起 停 阶 段 ， 需 要 额 外 的 力 矩 克 服 负 载 惯 性 。 这 时 可 使 其 短 时 工 作 在 短 时 工 作 区 ， 只 要 其 不 超 过 电 机 峰 值 力 矩 使 其 短 时 工 作 在 短 时 工 作 区 ， 只 要 其 不 超 过 电 机 峰 值 力 矩 TpTp 且 在 特 性 曲 线 之 内 即 可 。 且 在 特 性 曲 线 之 内 即 可 。 44、 、、、、 、、、 PW M PW M 控 制 技 术 控 制 技 术 控 制 技 术 控 制 技 术 控 制 技 术 控 制 技 术 控 制 技 术 控 制 技 术 �� 为 了 使 为 了 使 BL D C BL D C 电 机 速 度 可 变 ， 必 须 在 绕 组 的 电 机 速 度 可 变 ， 必 须 在 绕 组 的 两 端 加 可 变 电 压 。 两 端 加 可 变 电 压 。 �� 利 用 利 用 PW M PW M 控 制 技 术 ， 通 过 控 制 控 制 技 术 ， 通 过 控 制 PW M PW M 信 号 的 信 号 的 不 同 占 空 比 ， 则 绕 组 上 平 均 电 压 可 以 被 控 不 同 占 空 比 ， 则 绕 组 上 平 均 电 压 可 以 被 控 制 ， 从 而 控 制 电 机 转 速 和 力 矩 。 制 ， 从 而 控 制 电 机 转 速 和 力 矩 。 制 ， 从 而 控 制 电 机 转 速 和 力 矩 。 制 ， 从 而 控 制 电 机 转 速 和 力 矩 。 �� 在 控 制 系 统 中 采 用 在 控 制 系 统 中 采 用 D SP D SP 或 单 片 机 时 ， 可 利 用 或 单 片 机 时 ， 可 利 用 器 件 中 的 器 件 中 的 PW M PW M 产 生 模 块 产 生 产 生 模 块 产 生 PW M PW M 波 形 。 波 形 。 �� 根 据 转 速 要 求 设 定 占 空 比 ， 然 后 输 出 根 据 转 速 要 求 设 定 占 空 比 ， 然 后 输 出 66路路 PW M PW M 信 号 ， 加 到 信 号 ， 加 到 66个 功 率 管 上 。 个 功 率 管 上 。 PWM 例 例例例 ： ：：： 由 由由由 ds PI C3 0F 20 10 的 的的的 PW M 模 块 产 生 模 块 产 生 模 块 产 生 模 块 产 生 PW M 信 号 的 机 制 信 号 的 机 制 信 号 的 机 制 信 号 的 机 制 • 当 下 桥 臂 的 功 率 管 由 导 通 到 关 断 时 ， 上 桥 臂 的 功 率 管 延 时 一 段 时 间 再 由 关 断 到 导 通 ， 以 防 止 桥 臂 直 通 。 • 这 个 延 时 时 间 称 为 ” 死 区 ” 。 • 死 区 可 通 过 编 程 改 变 。 �� MC PW M MC PW M的的 PW M PW M时 基 模 块 中 有 一 个 专 用 的 时 基 模 块 中 有 一 个 专 用 的 1616位位 PT MR PT MR 计 数 计 数 器 和 一 个 器 和 一 个 PT PE R PT PE R 数 字 寄 存 器 ， 数 字 寄 存 器 ， PT MR PT MR 对 定 时 时 钟 计 数 ， 对 定 时 时 钟 计 数 ， PT PE R PT PE R中 置 入 的 数 字 确 定 了 中 置 入 的 数 字 确 定 了 PW M PW M信 号 的 周 期 。 信 号 的 周 期 。 PT MR PT MR 计 数 计 数 器 启 动 计 数 后 ， 其 计 数 值 与 器 启 动 计 数 后 ， 其 计 数 值 与 PT PE R PT PE R中 置 入 的 数 字 值 比 较 ， 中 置 入 的 数 字 值 比 较 ， 两 者 一 致 时 ， 就 输 出 一 个 周 期 的 两 者 一 致 时 ， 就 输 出 一 个 周 期 的 PW M PW M信 号 。 改 变 信 号 。 改 变 PT PE R PT PE R 的 值 ， 就 可 以 方 便 的 改 变 计 数 的 周 期 ， 这 样 就 可 以 的 值 ， 就 可 以 方 便 的 改 变 计 数 的 周 期 ， 这 样 就 可 以 改 变 改 变 PW M PW M波 形 的 频 率 。 波 形 的 频 率 。 �� PW M PW M 发 生 器 发 生 器 ##中中 PD C PD C数 字 寄 存 器 中 置 入 的 数 字 确 定 了 数 字 寄 存 器 中 置 入 的 数 字 确 定 了 PW M PW M信 号 的 占 空 比 。 比 较 器 将 设 定 的 比 较 值 信 号 的 占 空 比 。 比 较 器 将 设 定 的 比 较 值 PD C* PD C* 与与 PT MR PT MR 计 数 值 相 比 较 ， 产 生 计 数 值 相 比 较 ， 产 生 PW M PW M波 形 的 跳 变 。 只 要 实 时 波 形 的 跳 变 。 只 要 实 时 PW M PW M PD C* PD C* PT MR PT MR 计 数 值 相 比 较 ， 产 生 计 数 值 相 比 较 ， 产 生 PW M PW M波 形 的 跳 变 。 只 要 实 时 波 形 的 跳 变 。 只 要 实 时 PD C* PD C* 的 值 ， 就 可 以 改 变 单 位 周 期 内 高 电 平 或 者 低 电 平 的 的 值 ， 就 可 以 改 变 单 位 周 期 内 高 电 平 或 者 低 电 平 的 脉 冲 宽 度 ， 脉 冲 宽 度 ， 产 生 占 空 比 可 调 的 产 生 占 空 比 可 调 的 PW M PW M波 形 波 形 。。 �� 通 过 占 空 比 比 较 产 生 的 三 个 输 出 将 被 分 别 传 输 给 死 区 置 入 通 过 占 空 比 比 较 产 生 的 三 个 输 出 将 被 分 别 传 输 给 死 区 置 入 及 输 出 寄 存 器 ， 可 以 在 高 电 平 变 低 与 低 电 平 变 高 之 间 插 入 及 输 出 寄 存 器 ， 可 以 在 高 电 平 变 低 与 低 电 平 变 高 之 间 插 入 一 段 死 区 。 以 防 止 输 出 驱 动 器 发 生 意 外 的 直 通 现 象 。 一 段 死 区 。 以 防 止 输 出 驱 动 器 发 生 意 外 的 直 通 现 象 。 �� 特 殊 函 数 寄 存 器 特 殊 函 数 寄 存 器 OV DC ON D OV DC ON D中 的 各 位 中 的 各 位 直 接 控 制 直 接 控 制 66个个 PW M PW M输输 出 通 道 。 当 位 为 出 通 道 。 当 位 为 11时 ， 已 建 立 的 占 空 比 信 号 出 现 在 该 位 所 时 ， 已 建 立 的 占 空 比 信 号 出 现 在 该 位 所 对 应 的 输 出 通 道 上 ， 当 位 为 对 应 的 输 出 通 道 上 ， 当 位 为 00时 ， 其 输 出 被 禁 止 。 时 ， 其 输 出 被 禁 止 。 �� OV DC ON D OV DC ON D寄 存 器 的 值 由 霍 尔 传 感 器 输 出 的 二 进 制 编 码 绕 寄 存 器 的 值 由 霍 尔 传 感 器 输 出 的 二 进 制 编 码 绕 组 通 电 顺 序 决 定 。 组 通 电 顺 序 决 定 。 A+ C- A+ B- C+ B- C+ A- B+ A- B+ C- 例 例例例例 例例例 1 1 由 单 片 机 控 制 的 开 环 由 单 片 机 控 制 的 开 环 由 单 片 机 控 制 的 开 环 由 单 片 机 控 制 的 开 环 由 单 片 机 控 制 的 开 环 由 单 片 机 控 制 的 开 环 由 单 片 机 控 制 的 开 环 由 单 片 机 控 制 的 开 环 BL D C BL D C 系 统 系 统 系 统 系 统 ： ：：： 系 统 系 统 系 统 系 统 ： ：：： 例 例例例例 例例例 2 2 单 片 三 相 无 刷 直 流 电 动 机 控 制 器 单 片 三 相 无 刷 直 流 电 动 机 控 制 器 单 片 三 相 无 刷 直 流 电 动 机 控 制 器 单 片 三 相 无 刷 直 流 电 动 机 控 制 器 单 片 三 相 无 刷 直 流 电 动 机 控 制 器 单 片 三 相 无 刷 直 流 电 动 机 控 制 器 单 片 三 相 无 刷 直 流 电 动 机 控 制 器 单 片 三 相 无 刷 直 流 电 动 机 控 制 器 SI 99 79 SI 99 79 SI 99 79 SI 99 79 特 点 特 点 特 点 特 点 特 点 特 点 特 点 特 点 �� 霍 尔 传 感 器 输 入 信 号 处 理 ， 霍 尔 传 感 器 输 入 信 号 处 理 ， 6060 及及 12 0 12 0度 间 隔 度 间 隔 选 择 ， 提 供 霍 尔 传 感 器 电 源 。 选 择 ， 提 供 霍 尔 传 感 器 电 源 。 �� 自 动 换 相 功 能 自 动 换 相 功 能 集 成 逆 变 器 高 端 驱 动 集 成 逆 变 器 高 端 驱 动 �� 集 成 逆 变 器 高 端 驱 动 集 成 逆 变 器 高 端 驱 动 �� PW M PW M 输 入 及 处 理 输 入 及 处 理 �� 电 流 限 制 ， 欠 电 压 保 护 电 流 限 制 ， 欠 电 压 保 护 �� 2020 到到 4040 电 源 电 压 电 源 电 压 例 例例例例 例例例 3: 3: 由 由由由由 由由由 D SP D SP 控 制 的 闭 环 控 制 的 闭 环 控 制 的 闭 环 控 制 的 闭 环 控 制 的 闭 环 控 制 的 闭 环 控 制 的 闭 环 控 制 的 闭 环 BL D C BL D C 系 统 系 统 系 统 系 统 系 统 系 统 系 统 系 统 B LD C B LD C 的 特 点 的 特 点 的 特 点 的 特 点 的 特 点 的 特 点 的 特 点 的 特 点 �� 与与 D C D C电 机 比 较 ： 由 于 没 有 电 刷 的 机 械 摩 擦 ， 使 其 具 电 机 比 较 ： 由 于 没 有 电 刷 的 机 械