张墨墨有位置无刷直流电动机控制总结.doc

有位置无刷直流电动机控制总 一 原理介绍 无刷直流电动机，解决了直流电动机换向问题。它既有交流电机的优点结构简单、运行可靠、维护方便，又有直流电机的优点起动转矩大、调速范围宽、控制电路简单以及线性机械特性。、、 图1无刷直流电动机系统 位置检测器检测转子磁极的位置信号，控制器对转子位置信号进行逻辑处理并产生相应的开关信号，开关信号以一定的顺序触发逆变器中的功率开关器件，将电源功率以一定的逻辑关系分配给电动机定子各相绕组，使电动机产生持续不断的转矩。 下面我们介绍无刷直流电动机各部分的基本结构。 电机本体 无刷直流电动机最初的设计思想来自普通的有刷直流电动机，不同的是将直流电动机的定、 图2无刷直流电动机结构示意图图由转子和定子两部分组成其转子与电机同轴控制器是无刷直流电动机控制器是无刷直流电动机把电枢绕组放在定子上，永久磁钢放在转子上，的电角度，一对磁极，每极每相60相带绕组A、B、C三相星形连接全桥驱动， 图 3三相无刷直流电动机系统 假设当转子处于图a)位置时为0，相带X、B、Z在N极下，相带A、Y、C在S极下，转子位置传感器输出的信号经控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使VT1、VT6导通，电流从电源的正极流出，经VT1流入A相绕组，再从B相绕组流出，经VT6回到电源的负极。电枢绕组在空间产生的磁动势为图a)中Fa，此时定子磁场Fa与转子磁场Fr相互作用，使电机的转子逆时针转动。各相通电波形见图示。当转过60角后，转子位置如图所示。 a) A+，B- b)转过60° c)继续旋转 d) A+，C- e)转过60° f) B+，C- g) B+，A- 图 无刷直流电动机工作原理示意图这时如果转子继续转下去就进入图所示的位置，这样就会使同一磁极下的电枢绕组中有部分导体的电流方向不一致，它们相互抵消，削弱磁场，使电磁转矩减小。因此，为了避免出现这样的结果，当转子转到图的位置时，就必须换相。使B相断电，C相通电。这样，使转子位置传感器输出的信号经控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使VT1、VT导通，电流从电源的正极流出，经VT1流入A相绕组，再从C相绕组流出，经VT回到电源的负极。电枢绕组空间产生的磁动势Fa如图示，此时定转子磁场相互作用，使电机的转子继续逆时针转动。转子继续旋转，转过60角后到图所示位置，根据上面讲的道理必须要进行换相，即A相断电，B相正向通电。换相后如图2-)所示。转子再转过60角，则再进行换相，使C相断电，A相反向通电，如图 g)所示。 图 5电流与感应电动势波形这样如此下去，转子每转过60换相一次，相电流按图所示的顺序进行断电和通电，电动机就会平稳地旋转下去。易知转子在空间每转过60电角度，定子绕组就进行一次换流，定子合成磁场的磁状态就发生一次跃变。可见，电机有六种磁状态，每一状态有两相导通，每相绕组的导通时间对应于转子旋120°电角度。我们把无刷直流电动机的这种工作方式称为两相导通星形三相六状态。在图a)到图的60电角度范围内，转子磁场沿顺时针连续旋转，而定子合成磁场在空间保持图a)中Fa的位置静止。只有当转子磁场连续旋转60电角度，到达图所示的Fr位置时，定子合成磁场才从图a)的Fa位置跳跃到图中的Fa位置。可见，定子合成磁场在空间不是连续旋转的，而是一种跳跃式旋转磁场，每个步进角是60电角度。无刷直流电机定子感应电动势为梯形波，绕组间的互感是非线性关系。直接利用电机原有的相变量来建立数学模型比较方便，又能获得较准确的结果1) 电动机的气隙磁在空间呈梯形近似为方波分布电枢反应对气隙磁通的影响忽略不计忽略电机中的磁滞损耗和涡流损耗三相绕组完全对称。 由于转子的磁阻不随转子位置的变化而改变，因此定子绕组的自感和互感为常数，则相绕组的电压平衡方程可表示为 a、b、c 为定子各相绕组电压ia、ib、ic 定子各相绕组电流ea、eb、ec 定子各相绕组反电动势r 为每相绕组的电阻L为每相绕组的自感M为每两相绕组间的互感。 由于三相绕组为星形连接，，因此，所以式(-1)可以变为 由此可得无刷直流电动机的等效电路如图所示。图中，为直流侧电压，VT1～VT6为功率开关器件，VD1～VD6为续流二极管，，图中标出的相电流和相反电动势的方向为其正方向。 图无刷直流电动机的等效电路电动机的电磁转矩是由定子绕组中的电流与转子磁钢产生的磁场相互作用而产生的电磁转矩表达式为 式中、、三相绕组的反电动势、、三相绕组的电流为转子的机械角速度。 式中为转子及负载的转动惯量，为负载转矩，为空载制动转矩。 于 Y 形连接的永磁无刷直流电机，在其通电期间，其定子中的带电导体均处于相同的磁场之下，其相绕组的感应电动势幅值为 n——电机的转速； —