無刷直流電動(dòng)機(jī)(2)(參考版)
2025-05-02 12:00本頁面
【正文】 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 。 由于定子合成磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的是一種跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ， 因此相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩必然存在一定的脈動(dòng) 。無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由永磁材料制成的具有一定極數(shù)的永磁體 ， 主要有表面式和內(nèi)嵌式兩種 。 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 57 就電動(dòng)機(jī)本體而言 ， 無刷直流電動(dòng)機(jī)是一臺(tái)方波型的永磁同步電動(dòng)機(jī) ， 因此其結(jié)構(gòu)及性能與永磁同步電動(dòng)機(jī)有諸多相似之處 。 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 56 本章小結(jié) 無刷直流電動(dòng)機(jī)采用 電子換向 ， 從根本上克服了傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向的弊端 ， 它既保持了直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)良的運(yùn)行特性 ， 又具有交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn) ， 是一種高效能的 機(jī)電一體化產(chǎn)品 。但是由于換向會(huì)引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能稍差，調(diào)速范圍亦較窄，故多應(yīng)用于對(duì)運(yùn)行性能要求不是很高、體積及重量受限的場(chǎng)合；而 永磁同步電動(dòng)機(jī) 通常采用正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM）的變頻電源供電，相對(duì)來講其控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，價(jià)格較貴。 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 54 5. 功率密度 從體積和重量角度看， 無刷直流電動(dòng)機(jī) 的功率密度要比永磁同步電動(dòng)機(jī)高，其功率密度一般是 永磁同步電動(dòng)機(jī) 的 ，這主要?dú)w因于無刷直流電動(dòng)機(jī)是方波電動(dòng)機(jī)，其磁密有效值與幅值的比值要比永磁同步電動(dòng)機(jī)高，單位峰值電流所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩（或輸出功率）較大。若轉(zhuǎn)軸上裝有位置傳感器，則可構(gòu)成基于位置反饋、閉環(huán)控制的自控式永磁同步電動(dòng)機(jī)； 無刷直流電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)軸上一般裝有位置傳感器，并做成自控式。這兩種結(jié)構(gòu)均可確保氣隙磁密的波形接近正弦。 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 48 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 圖 6 1 4 永 磁 同 步 電 動(dòng) 機(jī) 演 變 示 意 圖 （ 轉(zhuǎn) 子 部 分 ）( a )NSNS+( b )nNNSSn49 2. 結(jié)構(gòu)型式 由于氣隙磁密等的波形不同（圖 615），兩者定、轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)均有所差別。 PMSM的定子與電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)基本相同，要求輸入定子的電流仍然是三相正弦的。為產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩，要求系統(tǒng)向 BDCM輸入三相對(duì)稱方波電流，同時(shí)要求 BDCM的每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為梯形波，因此也稱 BDCM為 方波電動(dòng)機(jī) 。 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 45 1. 設(shè)計(jì)理念 設(shè)計(jì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的出發(fā)點(diǎn)是用裝有永磁體的轉(zhuǎn)子取代有刷直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極，將原直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞變?yōu)槎ㄗ?，如圖 613所示。目前，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中普遍使用的永磁電動(dòng)機(jī)有兩大類，即 無刷直流電動(dòng)機(jī) BDCM（ Brushless DC Motor） 和 永磁同步電動(dòng)機(jī) PMSM（ Permanent Mag Synchronous Motor） 。 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 44 二、無刷直流電動(dòng)機(jī)與永磁同步電動(dòng)機(jī)的比較 無刷直流電動(dòng)機(jī)將電子線路與電機(jī)融為一體，把先進(jìn)的電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)領(lǐng)域，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，促進(jìn)了電機(jī)及控制技術(shù)的發(fā)展。 指在轉(zhuǎn)子被堵轉(zhuǎn)和無限長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)電樞繞組的溫度不超過最大允許值的條件下，電動(dòng)機(jī)所能安全產(chǎn)生的力矩。當(dāng)然，產(chǎn)生峰值力矩時(shí)也不應(yīng)超出永磁體所允許的最大去磁磁動(dòng)勢(shì)。 指在冷態(tài)（ 20186。 指當(dāng)給電樞繞組施加單位階躍輸入電壓后，電樞電流達(dá)到 63%穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。 指在單位電樞電流下所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，又稱為力矩靈敏度， KT=CTΦδ 。 指在單位轉(zhuǎn)速下電樞繞組所感應(yīng)產(chǎn)生的電壓， Ke=CeΦδ 。對(duì)于一個(gè)給定體積的電動(dòng)機(jī)而言， KM值越高，電動(dòng)機(jī)的功率就越大。 是電動(dòng)機(jī)的一個(gè)品質(zhì)指標(biāo)，單位為 N因此， 提高工藝加工水平也是減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的重要措施。 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 41 5. 機(jī)械加工引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 機(jī)械加工和材料的不一致也是引起無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的重要原因之一。 直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì) 在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中對(duì)主磁場(chǎng)先去磁、后增磁，使負(fù)載每極總磁通在空載每極總磁通的附近變化。 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 40 4. 電樞反應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 無刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)比較復(fù)雜，根據(jù)電樞反應(yīng)的性質(zhì)，電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)可分解為交軸分量和直軸分量。齒槽力矩是永磁電機(jī)的固有特性，在電機(jī)低速輕載運(yùn)行時(shí)，齒槽力矩將引起明顯的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣隙磁場(chǎng)就要發(fā)生變化，產(chǎn)生齒槽力矩。由于各相繞組存在電感，阻礙電流的瞬時(shí)變化，每經(jīng)過一個(gè)磁狀態(tài)，電樞繞組中的電流從某一相切換到另一相時(shí)將引起電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 37 造成無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因很多，主要可以分為以下五個(gè)方面： 1. 電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 這是由于定子電流和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，它與電流波形、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形、氣隙磁通密度的分布有著直接關(guān)系。對(duì)于高精度系統(tǒng)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是衡量無刷直流電動(dòng)機(jī)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 36 第四節(jié) 無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) * 無刷直流電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速，調(diào)速控制方便，可靠性高，因此它的應(yīng)用越來越廣泛。可見，無刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性也為一直線，隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增加，機(jī)械特性向右平移，而 直線斜率 α 保持不變。 第六章 無刷直流電動(dòng)機(jī) 圖 6 1 1 無 刷 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 的 機(jī) 械 特 性neTc3c2c1 UUU ??Oc1U c2Uc3U開關(guān)器件的管壓降增大，使實(shí)際加在電樞繞組上的電壓減小。 三、運(yùn)行特性 1. 機(jī)械特性 由式（ 616）和式
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