【正文】 N S 環(huán)形磁極 內(nèi) 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式 特種電機及其控制 13 實際電機 外轉(zhuǎn)子 繞組 永磁體 內(nèi)定子 結(jié)構(gòu)示意圖 外轉(zhuǎn)子無刷直流電動機 特種電機及其控制 14 2. 逆變器 U S A B C D b) 四相半橋主電路 U S A B C a) 三相半橋主電路 1) 非橋式（半橋式） ——半控型 特種電機及其控制 15 2. 逆變器 2) 橋式 ——全控型 c) 星形聯(lián)結(jié)三相橋式主電路 US VD1 VD4 VT1 VT4 VD5 VD2 VT3 VT6 VD3 VD6 VT5 VT2 A B C 特種電機及其控制 16 2. 逆變器 d) 三角形聯(lián)結(jié)三相橋式主電路 2) 橋式 ——全控型 U S VD 1 VD 4 VT 1 VT 4 VD 5 VD 2 VT 3 VT 6 VD 3 VD 6 VT 5 VT 2 A B C 特種電機及其控制 17 2. 逆變器 2) 橋式 ——全控型 e)正交兩相全控型主電路 US A B 特種電機及其控制 18 2. 逆變器 2) 橋式 ——全控型 f) 封閉形聯(lián)結(jié)四相橋式主電路 US A B C D 特種電機及其控制 19 主電路選擇原則 繞組利用率： 三相繞組優(yōu)于四相、五相繞組 轉(zhuǎn)矩脈動： 相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩脈動越小 電路成本： 相數(shù)越多，電路成本越高 星形聯(lián)接三相橋式主電路應(yīng)用最多 特種電機及其控制 20 3. 位置檢測器 位置檢測器 有位置傳感器檢測 無位置傳感器檢測 磁敏式 光電式 電磁式 接近開關(guān)式 正余弦變壓器 編碼器 反電動勢檢測 續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測 定子三次諧波檢測 瞬時電壓方程法 特種電機及其控制 21 4. 控制器 控制器 模擬控制系統(tǒng) 數(shù)字控制系統(tǒng) 分立元件加少量集成電路構(gòu)成的模擬控制系統(tǒng) 基于專用集成電路的控制系統(tǒng) 數(shù)模混合控制系統(tǒng) 全數(shù)字控制系統(tǒng) 控制器 是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服 功能的指揮中心 特種電機及其控制 22 永磁無刷直流 電機系統(tǒng)圖 控制電路對轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測的信號進行邏輯變換后產(chǎn)生脈寬調(diào)制 PWM信號，經(jīng)過驅(qū)動電路放大送至逆變器各功率開關(guān)管，從而控制電動機各相繞組按一定順序工作，在電機氣隙中產(chǎn)生跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場。 無刷直流電動機出力大、控制簡單、成本低，其調(diào)速性能已能達到低速轉(zhuǎn)矩脈動小于 3％、調(diào)速比大于 1:10000的水平，因而越來越多地受到人們的青睞。 我們把這種工作方式叫做單相導(dǎo)通星形 三相三狀態(tài) 。 在一定的轉(zhuǎn)速下 ， 如果電流一定 ， 反電動勢越大 ， 轉(zhuǎn)矩越大 。 電樞繞組的合成磁動勢變化 如下圖所示 A Z B X C Y Fa Fr N S I Faq Fad II 如圖所示，電樞磁動勢的直軸分量 Fad對轉(zhuǎn)子主磁極產(chǎn)生最大去磁作用 特種電機及其控制 37 A Z B X C Y Fa Fr N S I Faq Fad II 如圖所示，電樞磁動勢的直軸分量 Fad對轉(zhuǎn)子主磁極產(chǎn)生最大增磁作用。 特種電機及其控制 39 14 無刷直流電動機基本公式與數(shù)學(xué)模型 無刷直流電機的磁場、電勢、電流波形 方波電動機 ——梯形波反電勢與方波電流 特種電機及其控制 40 無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型 假設(shè) (1) 電動機的氣隙磁感應(yīng)強度在空間呈梯形 (近 似為方波 )分布； (2) 定子齒槽的影響忽略不計； (3) 電樞反應(yīng)對氣隙磁通的影響忽略不計； (4) 忽略電機中的磁滯和渦流損耗； (5) 三相繞組完全對稱。 當(dāng)轉(zhuǎn)速很低或堵轉(zhuǎn)時， E??0, Tr＝ 50％； 當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時， U＝ ?2E? ,Tr=50％； 當(dāng)轉(zhuǎn)速滿足時， U＝ 4E? , Tr=0。 霍爾傳感器主要有兩大類，一類為 開關(guān)型器件 ，一類為 線性霍爾器件 。 電機運行時，輸入繞組中通以高頻激磁電流，當(dāng)轉(zhuǎn)子扇形磁芯處在輸出繞組下面時，輸入和輸出繞組通過定、轉(zhuǎn)子磁芯耦臺，輸出繞組中則感應(yīng)出高頻信號，經(jīng)濾波整形和邏輯處理后，即可控制逆變器開關(guān)管。 特種電機及其控制 71 (a) 光電傳感器電路原理圖 (b) 4極電機所用的遮光盤 對于 兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài) 無刷直流電動機，三個光電開關(guān)在空間依次相差 120?電角度，光電開關(guān)與電樞繞組的相對位置以及遮光盤與轉(zhuǎn)子磁極的相對位置類似于霍爾位置傳感器。 特種電機及其控制 72 常用的無位置傳感器位置檢測方法 反電動勢檢測法 續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測法 定子三次諧波檢測法 瞬時電壓方程法 特種電機及其控制 73 利用反電動勢檢測轉(zhuǎn)子位置 1. 用端電壓法檢測反電動勢過零點 ib r LM ec US VD1 VD4 VT1 VT4 VD5 VD2 VT3 VT6 VD3 VD6 VT5 VT2 r LM ea + + + ia N r LM eb A B C A、 B相導(dǎo)通時的電流回路圖 特種電機及其控制 74 電機三相繞組輸出端對直流電源地的電壓方程組為 000aa a M a Nbb b M b Ncc c M c Ndiu i r L e udtdiu i r L e udtdiu i r L e udt?? ? ? ????? ? ? ???? ? ? ? ???反電動勢過零檢測方程組為 ?????????????????????)(31)(31)(3100000000bb0000cbacccbacbaaauuuueuuuueuuuue特種電機及其控制 75 三相繞組反電動勢過零點檢測方程組的第二種形式為 ??????????????????)(21)(21)(21000000000bacccabbcbaauuueuuueuuue???????????????SccSbbSaaUueUueUue212121000三相繞組反電動勢過零點檢測方程組的又種形式為 特種電機及其控制 76 基于端電壓的反電動勢檢測電路 特種電機及其控制 77 基于相電壓的反電動勢檢測電路 2. 用相電壓法檢測反電動勢過零點 將上圖中檢測電阻的中性點 O與電源的負極斷開，就得到如圖所示的檢測電路 反電動勢的檢測方程組為 bbccaaeueueu?????? ??特種電機及其控制 78 3. 換相點的確定 延遲 30換相原理圖 特種電機及其控制 79 18 無刷直流電動機的控制原理及實現(xiàn) 無刷直流電動機控制系統(tǒng)原理 逆變器 US + 位置檢測器 轉(zhuǎn)速計算 邏輯控制 A SR 正反轉(zhuǎn)控制 ACR P W M 邏輯 “ 與 ” 放大 驅(qū)動 n* n + + i * i B L D C M 特種電機及其