【文章內(nèi)容簡介】 部分組成；跟蹤轉(zhuǎn)子的外觀為一圓柱體，其由非導(dǎo)磁材料制作而成，一般有扇狀形式的磁芯和不具有導(dǎo)磁性質(zhì)的襯套兩部分組成。 這種傳感器輸出的信號(hào)比較強(qiáng)、工作性能相對(duì)可靠、具有較長的使用壽命長、 對(duì)于應(yīng)用環(huán)境場合要求不高、具有較強(qiáng)的適應(yīng)性、物理結(jié)構(gòu)緊湊可承受較大的振動(dòng)沖擊等；但是，這種傳感器信噪比較低、體積較大，同時(shí)其輸出波形為交流，一般需經(jīng)整流、濾波后才可以使用，因而限制該傳感器的使用范圍。 無刷直流電機(jī)工作原理 無刷直流電機(jī)的工作原理以圖 22 和圖 23 所示為例說明。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 永磁無刷直流電機(jī)系統(tǒng)圖 圖 無刷直流電機(jī)工作原理示意圖 圖 22 中 BLDCM 表示三相兩極無刷直流電機(jī)本體， PS 為轉(zhuǎn)子位置傳感器，其 與電機(jī)轉(zhuǎn)軸一同旋轉(zhuǎn)，主電路采用三相逆變橋供電，由 V1V6 六個(gè)功率開關(guān)器件與 A、 B、 C 三相繞組連接。通過檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)控制電路對(duì)轉(zhuǎn)子信號(hào)進(jìn)行邏輯變 換后產(chǎn)生脈寬調(diào)制 PWM 信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路對(duì) PWM 信號(hào)的放大后控制開關(guān)器件的開通 與關(guān)斷讓各相繞組按照一定順序通電，從而保證電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。下面以兩相導(dǎo)通三 相星形六狀態(tài)無刷直流電機(jī)為例說明其工作原理。 如圖 23（ a）所示，通過轉(zhuǎn)子位置傳感器感應(yīng)出轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，經(jīng)控制邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器的開關(guān)器件 V1 和 V6 導(dǎo)通，此時(shí)繞組 AB 通電，而且為 A 進(jìn) B 出， 經(jīng)右手螺旋定則可判定電樞繞組在空間的合成磁勢(shì) Fa 如圖中所示。定子磁勢(shì) Fa 與 轉(zhuǎn)子磁勢(shì) Ff 的相互作用，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以順時(shí)針方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。該過程中電流的流經(jīng)的 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 途徑為： E+→ V1 管→ A 相繞組→ B 相繞組→ V6 管→ E。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 60176。電角度時(shí)，到達(dá)的位置如圖 23（ b）所示。由于轉(zhuǎn)子位置的不同導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)的開關(guān)器件也不同，此時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)器件為 V1 和 V2，與 V1 和 V2 連接的 AC 兩相繞組通電， A 進(jìn) C 出，電樞繞組合成的氣隙磁勢(shì) Fa 如圖中所示。定子磁勢(shì) Fa 與轉(zhuǎn)子磁勢(shì) Ff 的相互作用繼續(xù)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以順時(shí)針方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。該過程中電流的流經(jīng)的途徑為： E+→ V1 管→ A 相繞組→ C 相繞組→ V2 管→ E。為使轉(zhuǎn)子磁場始終受定子合成磁場的牽引并按順時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子每當(dāng)轉(zhuǎn)過 60176。電角度時(shí)，逆變器 中 的 開 關(guān) 器 件 要 輪 換 導(dǎo) 通 ， 其 導(dǎo) 通 的 邏 輯 為 V2V3 → V3V4→ V4V5→ V5V6→ V1V6→ V1V2??，依次循環(huán)。 無刷直流電機(jī)的基本方程 理想的無刷直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)是梯形波，本文在靜止的 ABC 三相坐標(biāo)系上以兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)為例，在分析無刷直流電機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上建立了它的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。為了簡化模型便于分析，在不影響分析結(jié)果的前提下，特做出下面的假定條件： （ 1）假定氣隙磁場是理想狀態(tài)下按照平頂部分為 120176。電角度梯形波分布的。 （ 2）假定磁路不飽和，不計(jì)渦流損耗和磁滯損耗。 （ 3）忽略齒槽效應(yīng)和電樞反應(yīng)。 （ 4）逆變電路中功率開關(guān)管以及續(xù)流二極管都有理想開關(guān)特性。 （ 5）三相繞組的參數(shù)都對(duì)稱。 則根據(jù)無刷直流電機(jī)的特性，可得到如下電壓、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程。 （ 1） 電壓方 程 根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，繞組可等效為純電阻和純電感的串聯(lián)，故電機(jī)繞組上的電 壓是電阻壓降和電感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和，任意繞組的電壓方程為： xxxx eiRu ?? （ ） 其中， xu —— 相繞組電壓； xR —— 每相繞組的電阻； xi —— 流過繞組的電流； xe —— 每相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其中 dtdex ??； x? —— 每相繞組的磁鏈。 每相繞組的磁鏈包括自身電流產(chǎn)生磁通交鏈的磁 鏈、其他相電流產(chǎn)生磁通交鏈 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 的磁鏈和永磁體磁通交鏈的磁鏈三部分。以 A 相繞組磁鏈為例，其表達(dá)式為： )(?pmACBABAAA MiMiL ?????? （ ） 將式（ ）帶入式（ ）得 ))(( ?pmCABAAAA iMiLdtdRiu ????? ACACBABAAA eiMiMiLdtdRi ????? )( 則電機(jī)的電壓方程為： ???????????????????????????????????????????????????????????????cbacbaccbcabcbbaacabacbacbacbaeeeiiipLMMMLMMMLiiiRRRuuu000000 （ ） 式中 M 表示兩相繞組之間的互感（ x、 y 代表 A、 B、 C）， p 為微分算子 dtdp? 。由假設(shè)可以得到 cbacba LLLRRR ???? 。 ；互感均相等為 M。由于電機(jī)繞組是采用 Y 型 接 法 ，所 以 按 照 基 爾 霍 夫 電 流定 律 可 以 得 到0??? cba iii ； 由于三相繞組為星形連接，且沒有中線，所以有： 0??? cba MiMiMi （ ） 綜上所述，再將式（ ）帶入（ ）得無刷直流電機(jī)的電壓方程式（ ）： ??????????????????????????????????????????????????????????????????cbacbacbacbaeeeiiipMLMLMLiiirrruuu000000000000 （ ） （ 2） 轉(zhuǎn)矩方程 電源提供的功率，主要部分通過氣隙轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，其他部分作為損耗功率消 耗在了功 率開關(guān)器件上和電機(jī)的銅耗、鐵耗上。由電機(jī)學(xué)的知識(shí)可知： ????? eCCBBAAe TieieieP （ ） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ? CCBBAACCBBAAeieieiepieieieT ??????? （ ） 其中 Pe —— 電磁功率； Te —— 電磁轉(zhuǎn)矩； ? —— 電氣角速度； ? —— 機(jī)械角速度； P—— 電機(jī)極對(duì)數(shù)。 無刷直流電機(jī)的逆變模塊采用兩兩導(dǎo)通的工作方式，任意時(shí)刻只有兩相繞組導(dǎo)通存在電流，其余繞組關(guān)斷，電流為零。而被導(dǎo)通的兩相繞組上電流方向和反電動(dòng)勢(shì)（依次記作 i， E）大小數(shù)量上相等，方向相反，所以電機(jī)的電子轉(zhuǎn)矩也可以表示成式子（ ） ?? EiTe 2 （ ） （ 3） 運(yùn)動(dòng)方程 無刷直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程為： dtdJTTLe??? （ ） 式中 J 為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kg m2） ,dtd?為轉(zhuǎn)子角加速度（ rad/s2）， LT 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ N m）。 一般在實(shí)際工程應(yīng)用中，通常采用轉(zhuǎn)速 n 代替機(jī)械角速度Ω來表示轉(zhuǎn)子速度，用飛輪慣量 2GD 代替轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 表示機(jī)械慣性，換算方法式子（ ）和（ ）所示： 602 n??? （ ） gGDmpJ 4 22 ?? （ ） 其中 m 是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量（ Kg）， G 為轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重力（ N），ρ為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量半 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 徑（ m）， D 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣性半徑（ m）， g 為重力加速度（ ）。將式子（ ）和（ ） 代入（ ）式子中得到： dtdnGDTT Le ??? 3 7 52 （ ） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第三章 矢量控制坐標(biāo)變換 坐標(biāo)變換 從一種坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到另一種坐標(biāo)系的變換稱為坐標(biāo)變換。坐標(biāo)變換有很多種類，在研究矢量控制時(shí)有 3種坐標(biāo)系，一般稱作靜止三相 ABC 坐標(biāo)系、靜止的兩相α β 坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)兩相 dq 坐標(biāo)系；將靜止的三相到靜止的兩相變換稱為 3s/2