无刷电机工作原理的知识.pdfVIP

PLC PLC及运动控制系统创新实践报告 PPLLCC ——无刷电机的研究与控制 学 院 自动化科学与工程学院 学生姓名 学生学号 指导教师 赖玉斌 提交日期 2012 年7月8日 一无刷电机介绍与选题要求 1无刷电机背景资料介绍 电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。 电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内 装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电 动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传 感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受 速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。 近三十年来针对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找控制异步电 动机转矩的方法，稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率和 稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。 无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性，同时也是频率变化的装置，所 以又名直流变频，国际通用名词为BLDC。无刷直流电机的运转效率、低速转矩、 转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好，所以值得业界关注。本产品已经 生产超过55kW，可设计到400kW，可以解决产业界节电与高性能驱动的需求。 无刷电机在我国的发展时间虽短，但是随着技术的日益成熟与完善得到了迅猛 发展。已在航模、医疗器械、家用电器、电动车等多个领域得到广泛应用，并在 深圳、长沙、上海等地形成初具规模产业链。如深圳伟业电机、长沙科达等一批 专业厂商，在技术上不断推进行业发展。近几年来，无刷电机成为在模型领域里 快速发展的一种动力。由于产量和价格的原因，过去几年无刷电机多使用在中高 档航空模型中，现在由于机械加工技术的快速发展，无刷电机的生产成本下降许 多，目前它正进入模型领域的各个层面，从电动遥控车到电动遥控船再到电动模 型飞机，无处不在。 2 基本要求 1) 了解无刷电机结构组成与工作原理； 2) 无刷电机与其它电机比较优缺点； 3) 控制方案与策略设计； 4) 实验和调试； 5) 论述报告。 二无刷电机结构组成与工作原理 1．无刷直流电动机转矩分析 电机本体的电枢绕组为三相星型连接，位置传感器与电机转子同轴，控制电路对位 置信号进行逻辑变换后产生控制信号，控制信号经驱动电路隔离放大后控制逆变器的功 率开关管，使电机的各相绕组按一定的顺序工作。 图1 无刷直流电动机工作原理示意图 如图1-1所示，当转子旋转（顺时针）到图a所示的位置时，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T1、T6 导通，即A、B两相绕组通电，电流 从电源的正极流出，经T1流入A相绕组，再从B相绕组流出，经T6回到电源的负极，此时 定转子磁场相互作用，使电机的转子顺时针转动。 当转子在空间转过60电角度，到达图b所示位置时，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T1、T2导通，A、C两相绕组通电，电流从电源的正极 流出，经T1流入A相绕组，再从C相绕组流出，经T2回到电源负极。此时定转子磁场相互 作用，使电机的转子继续顺时针转动。 - 转子在空间每转过60电角度，逆变器开关就发生一次切换，功率开关管的导通逻辑 为T1、T6—T1、T2—T3、T2—T3、T4—T5、T4—T5、T6—T1、T6。 在次期间，转子始终受到顺时针方向的电磁转矩作用，沿顺时针方向连续旋转。 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6种磁状态，每一状态有两相导通，每相绕组的导通时间 对应于转子旋转120电角度。无刷直流电动机的这种工作方式叫两相导通星型三相六状 态，这是无刷直流电动机最常用的一种工作方式。 2．无刷直流电动机与输出开关管换流信号 无刷直流电动机的位置一般采用三个在空间上相隔120电角度的霍尔位置传感器进 行检测，当位于霍尔传感器位置处的磁场极性发生变化时，传感器的输出电平将发生改 变，由于三个霍尔传感器位检测元件的位置在