【正文】 特種電機及其控制 32 2. 三三導(dǎo)通方式 三相繞組的反電動勢波形及其三三導(dǎo)通方式下的導(dǎo)通規(guī)律 特種電機及其控制 33 角形連接三相橋式主電路 VT2 VT6 VT4 VT1 VT 3 VT 5 C + US A C B 如圖所示的角形聯(lián)結(jié)三相橋式主電路的開關(guān)管也采用功率MOSFET。 可見 ， 電磁轉(zhuǎn)矩取決于反電動勢的大小 。 特種電機及其控制 29 星形連接三相橋式主電路 VT2 VT6 VT4 VT1 VT 3 VT 5 A B C + US 位置檢測器的三個輸出信號通過邏輯電路控制這些開關(guān)管的導(dǎo)通和截止 ， 其控制方式有兩種： 二二導(dǎo)通方式和三三導(dǎo)通方式 。 0 120 240 360 480 ? t 0 120 240 360 480 ? t 0 120 240 360 480 ? t H1 H2 H3 旋轉(zhuǎn)磁場在 360?電角度范圍內(nèi)有三種磁狀態(tài) ， 每種磁狀態(tài)持續(xù) 120?電角度 。 特種電機及其控制 26 ia B? B? ea ea ia Ta Ta Te Te ? t ? t ? t ? t ? t ? t ? t ? t ? t ? t O O O O O O O O O O (a) 無刷直流電動機 (b) 永磁同步電動機 特種電機及其控制 27 無刷直流電動機的主電路及其工作方式 無刷直流電動機的 主電路 主要有星形聯(lián)結(jié)三相半橋式 、 星形聯(lián)結(jié)三相橋式和角形聯(lián)結(jié)三相橋式三種形式 。 無刷直流電動機與永磁同步電動機兩種驅(qū)動模式的波形比較如下圖所示。特種電機及其控制 1 特種電機及其控制 孫建忠 白鳳仙 編著 中國水利水電出版社 大連理工大學(xué)電氣工程系 2 第 1章 無刷直流電動機 及其控制系統(tǒng) Permanent Mag Brushless DC Motors (PM BLDCMs) 特種電機及其控制 3 三相三狀態(tài) BLDCM 原理 傳感器： H1=1 H2=0 H3=1 導(dǎo)通相： B 特種電機及其控制 4 傳感器： H1=1 H2=0 H3=0 導(dǎo)通相： B 特種電機及其控制 5 傳感器： H1=1 H2=1 H3=0 導(dǎo)通相： C 特種電機及其控制 6 傳感器： H1=0 H2=1 H3=0 導(dǎo)通相： C 特種電機及其控制 7 傳感器： H1=0 H2=1 H3=1 導(dǎo)通相： A 特種電機及其控制 8 傳感器： H1=0 H2=0 H3=1 導(dǎo)通相： A 特種電機及其控制 9 傳感器： H1=1 H2=0 H3=1 導(dǎo)通相： B 特種電機及其控制 10 無刷直流電動機系統(tǒng) 基本組成 位置檢測器 逆變器 電機本體 控制信號 控制器 輸 出 直流電 源 無刷直流電機構(gòu)成框圖 特種電機及其控制 11 無刷直流電動機結(jié)構(gòu) 定子 永磁轉(zhuǎn)子 傳感器定子 傳感器轉(zhuǎn)子 (a) 結(jié)構(gòu)示意圖 (b) 定轉(zhuǎn)子實際結(jié)構(gòu) 1. 電動機本體 特種電機及其控制 12 N S N S N S N S 表面式磁極 N N N N N N S S S S S S 嵌入式磁極 N S N S N S 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。 基本工作原理 特種電機及其控制 23 工作原理 磁極圖示位置 → 位置信號→ 邏輯變換 → V V6開通→ A、 B相 導(dǎo) 通 → I:E+ABE → 電機順時針旋轉(zhuǎn) 磁極轉(zhuǎn)過 60o圖示位置 →位置信號 → 邏輯變換→ V V2 開通 → A、 C相 導(dǎo) 通 → I: E+ACE → 電機順時針旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過 60o，逆變器開關(guān)管換流一次、定子磁狀態(tài)改變一次，電機有 6個磁狀態(tài)，三相各導(dǎo)通 120o——兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài) 轉(zhuǎn)子磁場順時針連續(xù)旋轉(zhuǎn)、定子磁場隔 60O跳躍旋轉(zhuǎn) ——自同步電機 特種電機及其控制 24 兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)時繞組和開關(guān)管導(dǎo)通順序表 特種電機及其控制 25 無刷直流電動機與永磁同步電動機 由變頻器供電的永磁同步電動機加上轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)后構(gòu)成自同步永磁電動機，既具有永磁直流電動機的優(yōu)異調(diào)速性能，又實現(xiàn)了無刷化。 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。 星形連接三相半橋主電路 VT 3 U S A B C VT 1