《直流无刷电机》PPT课件.ppt
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1、PMSM的问题,控制比直流伺服电机要复杂的多;要想实现力矩控制,必须有角位置传感器,以测量d-q坐标系的旋转角;反电势必须是正弦波的,这对电机制造及工艺提出了较高的要求。,反电势必须是正弦波的才能产生正弦电流,3.3 无刷直流电动机(Brushless Direct Current Motor,BLDC),1、无刷直流电动机结构2、无刷直流电动机工作原理3、无刷直流电动机电机特性4、PWM控制技术,1.结构,由定子、转子、位置传感器及换相电路组成 定子采用叠片结构并在槽内铺设绕组的方式 定子绕组多采用三相并以星形方式连接,将永磁体贴装在非导磁材料表面或镶嵌在其内构成。大部分BLDC采用表面安装
2、方式。多为2到3对极的。磁性材料多采用具有高磁通密度的稀土材料,如銣铁硼等,结构上BLDC与PMSM有些相似,但有两点不同:BLDC的转子磁极经专门的磁路设计,可获得梯形波的气隙磁场。而 PMSM的气隙磁场是正弦波的。BLDC的定子绕组结构使之产生的反电势是梯形波的。而 PMSM绕组结构产生正弦型的反电势。,PMSM定子绕组产生正弦型的反电势,BLDC的定子绕组产生的反电势是梯形波,附:电角度和机械角度,机械角度是指电机转子的旋转角度,由m表示;电角度是指磁场的旋转角度,由e表示。当转子为一对极时,m=e;当转子为n对极时,e=nm。,2.工作原理,1)旋转磁场的产生 假定电机定子为3相6极,
3、星型连接。转子为一对极。,电流方向不同时,产生的磁场方向不同。若绕组的绕线方向一致,当电流从A相绕组流进,从B相绕组流出时,电流在两个绕组中产生的磁动势方向是不同的。,6步通电顺序,三相绕组通电遵循如下规则:每步三个绕组中一个绕组流入电流,一个绕组流出电流,一个绕组不导通;通电顺序如下:1.A+B-2.C+B-3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-,6步通电顺序,1.A+B-2.C+B-3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-每步磁场旋转60度,每6步旋转磁场旋转一周;每步仅一个绕组被换相。,6步通电顺序,随着磁场的旋转,吸引转子磁极随之旋转。磁场顺时针旋转,电机顺时针旋转:
4、123456磁场逆时针旋转,电机顺时针旋转:6543211.A+B-2.C+B-3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-,2)如何实现换相?,1.A+B-2.C+B-3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-必须换相才能实现磁场的旋转,如果根据转子磁极的位置换相,并在换相时满足定子磁势和转子磁势相互垂直的条件,就能取得最大转矩。要想根据转子磁极的位置换相,换相时就必须知道转子的位置,但并不需要连续的位置信息,只要知道换相点的位置即可。在BLDC中,一般采用3个开关型霍尔传感器测量转子的位置。由其输出的3位二进制编码去控制逆变器中6个功率管的导通实现换相。,开关型霍尔传感器,霍尔元
5、件+信号处理电路=霍尔传感器利用霍尔效应,当施加的磁场达到“动作点”时,OC门输出低电压,称这种状态为“开”;当施加磁场达到“释放点”使OC门输出高电压,称其为“关”基于这个原理,可制成接近开关。,如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置,当N极逐渐靠近霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时,其输出是导通状态;当N极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时,其输出仍然保持导通状态;只有磁场转变为S极并达到一定值时,其输出才翻转为截止状态。在S-N交替变化磁场下,传感器输出波形占高、低电平各占50%。如果转子是一对极,则电机旋转一周霍尔传感器输出一个周期的电压波形,如果转子是两对极,则输出两个周期的
6、电压波形。,直流无刷电机中一般安装3个霍尔传感器,间隔120度或60度按圆周分布。如果间隔120度,则3个霍尔传感器的输出波形相差120度电角度;输出信号中高、低电平各占180度电角度。如果规定输出信号高电平为“1”,低电平为“0”,则输出的三个信号可用3位二进制编码表示。,100 000 001 011 111 110 100 000 001 011 111 110,如果间隔60度,则输出波形相差60度电角度。间隔120度与60度的二进制编码是不同的。,例:假定定子绕组为3相,转子为2对极,3个霍尔传感器间隔 60度按圆周分布,由6只晶体管组成的桥式电路给电机供电,分析其换相过程。,从霍尔传
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