直流无刷电机及其驱动技术 (2)幻灯片.ppt
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1、直流无刷电机及其驱动直流无刷电机及其驱动技术技术第1页,共36页,编辑于2022年,星期一3.3 无刷直流电动机无刷直流电动机(Brushless Direct Current Motor,BLDC)1 1、无刷直流电动机结构、无刷直流电动机结构2 2、无刷直流电动机工作原理、无刷直流电动机工作原理3 3、无刷直流电动机电机特性、无刷直流电动机电机特性4 4、PWMPWM控制技术控制技术第2页,共36页,编辑于2022年,星期一1.结构结构n n由定子、转子、位置传感器及换相电路组成 n n定子采用叠片结构并在槽内铺设绕组的方式 n n定子绕组多采用三相并以星形方式连接 第3页,共36页,编辑
2、于2022年,星期一n n将永磁体贴装在非导磁材料表面或镶嵌在其内构成。n n大部分BLDC采用表面安装方式。n n多为2到3对极的。n n磁性材料多采用具有高磁通密度的稀土材料,如銣铁硼等 第4页,共36页,编辑于2022年,星期一n n结构上BLDC与PMSM有些相似,但有两点不同:n nBLDCBLDC的的转转子磁极子磁极经专门经专门的磁路的磁路设计设计,可,可获获得梯形波的气隙磁得梯形波的气隙磁场场。而。而 PMSMPMSM的的气隙磁气隙磁场场是正弦波的。是正弦波的。BLDCBLDC的定子的定子绕组结绕组结构使之构使之产产生的反生的反电势电势是梯形波的。而是梯形波的。而 PMSMPMS
3、M绕组绕组结结构构产生正弦型的反电势。产生正弦型的反电势。PMSMPMSM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BLDCBLDC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第5页,共36页,编辑于2022年,星期一附:电角度和机械角度n n机械角度是指电机转子的旋转角度,由m表示;n n电角度是指磁场的旋转角度,由e表示。n n当转子为一对极时,m=e;n n当转子为n对极时,e=nm。第6页,共36页,编辑于2022年,星期一2.工作原理工作原理1)旋转磁场的产生)旋转磁场的产生 假定电机定子为假定电机定子为3 3相相6 6极,星型连接。转子为一对极。极,星型连
4、接。转子为一对极。第7页,共36页,编辑于2022年,星期一n n电流方向不同时,产生的磁场方向不同。n n若绕组的绕线方向一致,当电流从A相绕组流进,从B相绕组流出时,电流在两个绕组中产生的磁动势方向是不同的。第8页,共36页,编辑于2022年,星期一6步通电顺序n n三相绕组通电遵循如下规则:三相绕组通电遵循如下规则: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;不导通;n n通电顺序如下:通电顺序如下:1.A+B-2.C+B-3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-第9页,共36页,编辑于2022年,星
5、期一6步通电顺序n n1.A+B-2.C+B-3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-n n 每步磁场旋转60度,每6步旋转磁场旋转一周;n n每步仅一个绕组被换相。第10页,共36页,编辑于2022年,星期一6步通电顺序n n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。n n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:123456123456n n磁场逆时针旋转,电机顺时针旋转:磁场逆时针旋转,电机顺时针旋转:654321654321n n1 1.A+B-.A+B-2.2.C+B-C+B-3.3.C+A-C+A-4.4.B+A-B+
6、A-5.5.B+C-B+C-6.6.A+C-A+C-第11页,共36页,编辑于2022年,星期一2)如何实现换相?)如何实现换相?n n1 1.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-n n必须换相才能实现磁场的旋转,如果根据转子磁极的位必须换相才能实现磁场的旋转,如果根据转子磁极的位置换相,并在换相时满足定子磁势和转子磁势相互垂直置换相,并在换相时满足定子磁势和转子磁势相互垂直的条件,就能取得最大转矩。的条件,就能取得最大转矩。n n要想根据转子磁极的位置换相,换相时就必须知道转子的位要想根据转
7、子磁极的位置换相,换相时就必须知道转子的位置,但并不需要连续的位置信息,只要知道换相点的位置即置,但并不需要连续的位置信息,只要知道换相点的位置即可。可。n n在在BLDCBLDC中,一般采用中,一般采用3 3个开关型霍尔传感器测量转子的个开关型霍尔传感器测量转子的位置。由其输出的位置。由其输出的3 3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6 6个功个功率管的导通实现换相。率管的导通实现换相。第12页,共36页,编辑于2022年,星期一开关型霍尔传感器开关型霍尔传感器 n n霍尔元件+信号处理电路=霍尔传感器n n利用霍尔效应,当施加的磁场达到“动作点”时,OC门输出低电压,称这
8、种状态为“开”;n n当施加磁场达到“释放点”使OC门输出高电压,称其为“关”n n基于这个原理,可制成接近开关。基于这个原理,可制成接近开关。第13页,共36页,编辑于2022年,星期一n n如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置,当如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置,当NN极逐渐靠近霍尔传感极逐渐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;器即磁感应强度达到一定值时,其输出是导通状态;n n当当NN极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时,其输出仍然保持导通状极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时,其输出仍然保持导通状态;只有磁场转变为态;只有磁场转变为S S极
9、并达到一定值时,其输出才翻转为截止状态。极并达到一定值时,其输出才翻转为截止状态。n n在在S-NS-N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%。n n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。如果转子是两对极,则输出两个周期的电压波形。第14页,共36页,编辑于2022年,星期一n n直流无刷电机中一般安装直流无刷电机中一般安装3 3个霍尔传感器,间隔个霍尔传感器,间隔120120度或度或6060
10、度按圆周分度按圆周分布。布。n n如果间隔如果间隔120120度,则度,则3 3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度电角度;度电角度;n n输出信号中高、低电平各占输出信号中高、低电平各占180180度电角度。度电角度。n n如果规定输出信号高电平为如果规定输出信号高电平为“1 1”,低电平为,低电平为“0 0”,则输出的三,则输出的三个信号可用个信号可用3 3位二进制编码表示。位二进制编码表示。第15页,共36页,编辑于2022年,星期一100 000 001 011 111 110 100 000 001 011 111 110n n如果间隔如果间隔6060度
11、,则输出波形相差度,则输出波形相差6060度电角度。度电角度。n n间隔间隔120120度与度与6060度的二进制编码是不同的。度的二进制编码是不同的。第16页,共36页,编辑于2022年,星期一例:假定定子绕组为例:假定定子绕组为例:假定定子绕组为例:假定定子绕组为3 3相,转子为相,转子为相,转子为相,转子为2 2对极,对极,对极,对极,3 3个霍尔传感器间隔个霍尔传感器间隔个霍尔传感器间隔个霍尔传感器间隔 60 60度按圆周分布,由度按圆周分布,由度按圆周分布,由度按圆周分布,由6 6只晶体管组成的桥式电路给电机供电,分析只晶体管组成的桥式电路给电机供电,分析只晶体管组成的桥式电路给电机
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