永磁同步電動(dòng)機(jī)原理及分析

1、第第1010章章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的建模與分析的建模與分析內(nèi)容簡(jiǎn)介：涉及下列兩類(lèi)永磁同步電動(dòng)機(jī)基本運(yùn)行原理、電磁過(guò)程、數(shù)學(xué)模型及運(yùn)行特性u(píng)正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)u梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)（永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)）永磁同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)： 功率密度高 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 運(yùn)行效率高 轉(zhuǎn)軸上無(wú)滑環(huán)和電刷 轉(zhuǎn)子勵(lì)磁無(wú)法靈活控制 永磁體存在失磁現(xiàn)象 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)受環(huán)境溫度影響 滯后定子功率因數(shù)分類(lèi)：n表面永磁同步電動(dòng)機(jī)n內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)按永磁體結(jié)構(gòu)分類(lèi)按定子繞組感應(yīng)電勢(shì)波形分類(lèi)u 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)u 梯形波

2、永磁同步電動(dòng)機(jī)(Brushless DC Motor, BLDC)10.1 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)圖10.1 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本組成框圖 10.1.1 正弦波PMSM的基本運(yùn)行原理v定子三相繞組采用正弦繞組;v由三相逆變器提供定子繞組的三相對(duì)稱(chēng)電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn);v定子繞組的通電頻率以及由此產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速取決于轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置和轉(zhuǎn)速;v轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置和轉(zhuǎn)速由光電式編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器獲得;正弦波正弦波PMSM屬于自控式、無(wú)刷結(jié)構(gòu)同步電動(dòng)機(jī)屬于自控式、無(wú)刷結(jié)構(gòu)同步電動(dòng)機(jī)10.1.2 正弦波PMSM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與矩角特性u(píng)表面永磁同步電動(dòng)機(jī)u內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)1. 正弦波

3、表面永磁PMSM圖10.2 表面永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)A、表面永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：r永磁體粘接到轉(zhuǎn)子鐵心表面，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低；r有效氣隙較大，則同步電抗小，電樞反應(yīng)??；r氣隙均勻，呈現(xiàn)隱極式同步電機(jī)的特點(diǎn)，即： 。dqsLLLB、電壓平衡方程式與相量圖ataaIjxIrEU0（10-1）圖10.3 正弦波表面永磁同步電動(dòng)機(jī)的時(shí)空相量圖C、矩角特性：0011sinsinsinemttftmE UmpE UTxxmpUx（10-2）11 pffE10f式中 ， ； 為轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)在定子繞組內(nèi)所匝鏈的磁鏈，且 。 對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)，=常數(shù)。 鑒于上述特點(diǎn)，表面永磁PMSM基本運(yùn)行在恒勵(lì)磁狀態(tài)，相應(yīng)的電動(dòng)

4、機(jī)運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，其弱磁調(diào)速范圍很小。2. 正弦波內(nèi)置永磁PMSM圖10.4 內(nèi)置永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖2. 正弦波內(nèi)置永磁PMSMu永磁體被牢牢地鑲嵌在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部，適用于高速運(yùn)行場(chǎng)合 ；u有效氣隙較小，d 軸和q 軸的同步電抗均較大，電樞反應(yīng)磁勢(shì)較大，從而存在相當(dāng)大的弱磁空間；u直軸的有效氣隙比交軸的大（一般直軸的有效氣隙是交軸的幾倍），因此，直軸同步電抗小于交軸同步電抗，即： 或 。A、內(nèi)置永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：dqxxdqxxdqLLB、電壓平衡方程式與相量圖qqddaaIjxIjxIrEU0 （10-3） 圖10.5 正弦波內(nèi)置永磁同步電動(dòng)機(jī)的時(shí)空相量圖C、矩角特性2sin

5、)11(21sin2sin)11(21sin2sin)11(21sin1212101210dqdfdqddqdemxxmpUxUmpxxmpUxUmpExxmUxUmET（10-4） 圖10.6 內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的矩角特性曲線矩角特性的特點(diǎn)： 對(duì)應(yīng)于凸極效應(yīng)的同步轉(zhuǎn)矩： ； 最大功率角 較轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁凸極同步電動(dòng)機(jī)大。02sin)11(2112 dqemxxmpUTm10.1.3 正弦波PMSM的起動(dòng)n異步起動(dòng)轉(zhuǎn)矩n單軸轉(zhuǎn)矩n發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 (由轉(zhuǎn)子永磁體與其在定子繞組中的感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生)圖10.7 永磁同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速曲線起動(dòng)過(guò)程中的各種電磁轉(zhuǎn)矩:emTemT em

6、T 10.1.4 正弦波PMSM的控制1、正弦波表面永磁同步電動(dòng)機(jī)0E根據(jù)相量圖10.3,可得:cos0211aaacuaemImErmIPpPPcoscos101afaememImpImpEPT（10-6） （10-5） )cos(cos01aaaaIrEmImUIP電磁功率:輸入功率:電磁轉(zhuǎn)矩:u 對(duì)表面永磁同步電動(dòng)機(jī), =常數(shù),當(dāng)保持內(nèi)功率因數(shù)角 固定不變,通過(guò)控制定子繞組相電流的幅值便可以調(diào)整表面永磁PMSM的電磁轉(zhuǎn)矩。u當(dāng) （亦即 與 同相）時(shí) ,上式與直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性完全相同(見(jiàn)圖10.8).故自控式正弦波表面永磁PMSM有時(shí)也稱(chēng)為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī). f結(jié)論結(jié)論: :0aI0E圖1

7、0.8 正弦波表面永磁同步電動(dòng)機(jī)的相量圖(當(dāng) 時(shí)）0根據(jù)式（10-6）以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，得正弦波表面永磁PMSM的控制方案控制方案如下：u當(dāng) 時(shí),單位電樞電流所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也最大。因此，（基速）以下，正弦波表面永磁PMSM多采用 的控制方式，以獲得恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的調(diào)速特性。u在額定轉(zhuǎn)速（基速）以上，表面永磁同步電動(dòng)機(jī)可以工作在弱磁調(diào)速范圍內(nèi),但因 電樞反應(yīng)以及同步電抗較小,弱磁調(diào)速范圍較窄.00上述結(jié)論的解釋:圖10.9 正弦波表面永磁同步電動(dòng)機(jī)的相量圖 (弱磁控制時(shí))圖10.10 基速以上弱磁控制時(shí)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線弱磁升速過(guò)程中的約束條件:(1)外加電壓保持不變,(2)定子繞組電流維持額定值2、正

8、弦波內(nèi)置永磁PMSM 根據(jù)相量圖10.5,得內(nèi)置永磁PMSM電磁轉(zhuǎn)矩的另一種表達(dá)式，過(guò)程如下：)()()sincos(coscos01ddaqqqddqadqaaIIrIxIIxIrEmIImUmUImUIP）（10-7） 輸入功率：電磁功率：)()(0221211qdqdqaqdaacuaemxxIIIEmrIImPrmIPpPP電磁轉(zhuǎn)矩：)(cos)(1qdqdafqdqdqfememIILLImpIILLImpPT（10-8） v 的控制方案；的控制方案；v最大最大 的控制方案的控制方案 ；v弱磁控制方案；弱磁控制方案；根據(jù)式（10-8）和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： ，得內(nèi)置永磁PMSM的幾種常用的控制

9、方案控制方案如下：dqLL0dIaemIT/（1 1） 的控制方案：的控制方案：0dIqfemImpT此時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為： 在這種控制方式下，與表面永磁PMSM相同，正弦內(nèi)置永磁PMSM也可通過(guò)控制電樞電流的幅值調(diào)整電磁轉(zhuǎn)矩，獲得類(lèi)似于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能。因此，自控式正弦波內(nèi)置永磁PMSM也是一種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。 結(jié)論：結(jié)論：（2 2）最大）最大 的控制方案：的控制方案：aemIT/推導(dǎo)過(guò)程如下：為了獲得最大（ ）的控制準(zhǔn)則，首先將電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流歸一化。aemIT/選電磁轉(zhuǎn)矩的基值為：aBfemBImpT（10-9）其中，電流的基值定義為：dqaffdqfaBLLLILLI（

10、10-10）將式（10-9）、（10-10）代入式（10-8）得：aBqaBdaBqemBememIIIIIITTT*)1 (*dqemIIT即：（10-11）（10-12）式中， ， 。aBqqIII/*aBddIII/*由此繪出恒轉(zhuǎn)矩條件下直軸定子電流分量與交軸定子電流分量之間的關(guān)系如圖10.11所示。 圖10.11 (aemIT/圖10.11 ( )最大時(shí)的軌跡曲線 根據(jù)圖10.11便可繪出在確保最大 準(zhǔn)則下, 與 電磁轉(zhuǎn)矩 之間的關(guān)系曲線如圖10.12所示 ，并由此確定控制策略。 aemIT/dIqIaemIT/圖10.12 在 ( )最大的控制方式下，定子電樞電流分量與電磁轉(zhuǎn)矩之間的

11、關(guān)系曲線 aemIT/（3 3）弱磁控制方案：）弱磁控制方案： 基速以上，內(nèi)置PMSM運(yùn)行在弱磁控制方式。由于其氣隙較小同步電抗大，因此其弱磁調(diào)速范圍較表面永磁寬。為了確保弱磁控制時(shí)電流控制有效，定子繞組的外加電壓應(yīng)滿足下列條件：2max222UUUUqd（10-13）其中， ， 。（參考圖10.5)sinUUdcosUUq忽略定子繞組電阻,并根據(jù)內(nèi)置PMSM的相量圖,則有:qqqdddIxUIxEU0（10-14） 將上式以及 代入式(10-13)得:fE1021max22)()()(UILILqqfdd即:1)()()1max21max2qqddfdLUILULI（10-15） 令 , ,

12、 則根據(jù)上式繪出交、直軸電流的關(guān)系曲線如圖10.13所示。dLUA1maxqLUB1maxdfLCdIqI圖10.13 在外加電壓約束條件下弱磁控制時(shí) 與 之間的關(guān)系曲線由圖可見(jiàn)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，橢圓將收縮。圖10.14 一種典型的正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖 10.1.5 正弦波PMSM調(diào)速系統(tǒng)的組成10.2 無(wú)刷永磁直流電動(dòng)機(jī)建模與分析n高性能伺服系統(tǒng)，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、載人飛船等；n家用電器，如高檔洗衣機(jī)、變頻空調(diào)、電動(dòng)自行車(chē)等類(lèi)型：無(wú)刷永磁直流電動(dòng)機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化電機(jī)。 用途：圖10.15 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)組成v定子繞組采用整距、集中繞組；v永磁體粘接至轉(zhuǎn)子表面，

13、呈隱極式結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了轉(zhuǎn)子永磁體所產(chǎn)生的主磁場(chǎng)波形如圖10.16所示。圖10.16 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的主磁場(chǎng)磁密波形圖當(dāng)轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，三相定子繞組所感應(yīng)的相電勢(shì)波形及電流波形如圖10.17所示。圖10.17 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)定子繞組感應(yīng)的相電勢(shì)和電流波形10.2.1 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本運(yùn)行原理p電刷與機(jī)械式換向器的真正作用；p定子側(cè)直流電樞磁勢(shì) 和轉(zhuǎn)子側(cè)電樞反應(yīng)磁勢(shì) 之間的相互關(guān)系；1. 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的引入直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理的回顧：著重考慮下列著重考慮下列兩個(gè)問(wèn)題：fFaF直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部電磁過(guò)程的特點(diǎn)總結(jié)：p 定子側(cè)為靜止的主極勵(lì)磁磁勢(shì)；

14、p轉(zhuǎn)子側(cè)由外部電刷的直流電源供電，內(nèi)部繞組電流以及感應(yīng)的電勢(shì)為交流。由換向器和電刷完成上述逆變過(guò)程的轉(zhuǎn)換；p電刷是電樞電流的分界線，其位置決定了轉(zhuǎn)子電樞電流的換流時(shí)刻。因此，電刷與換向片配合起到了檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的作用；p盡管轉(zhuǎn)子在不停的旋轉(zhuǎn)，但由于電刷相對(duì)主極靜止不動(dòng)，因此，電樞磁勢(shì)與主極磁勢(shì)相對(duì)靜止；p電樞磁勢(shì)與主極磁勢(shì)空間互相垂直，確保了直流電動(dòng)機(jī)可以產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩；u通過(guò)電力電子式逆變器電力電子式逆變器完成直流到交流的轉(zhuǎn)換；u通過(guò)轉(zhuǎn)子位置傳感器轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，完成換向片與電刷的作用，以決定換流時(shí)刻；u考慮到實(shí)現(xiàn)的方便性，定、轉(zhuǎn)子位置顛倒，組成反裝式直流反裝式直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)

15、。直流電動(dòng)機(jī)的不足：r 電刷的磨損與維護(hù)； 機(jī)械式換向火花，限制了應(yīng)用場(chǎng)合； 難以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行；解決措施：要點(diǎn)總結(jié)： 電刷和換向器起到了與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的機(jī)械式逆變器 作用； 定子側(cè)的直流勵(lì)磁磁勢(shì)和轉(zhuǎn)子電樞磁勢(shì)兩者相對(duì)靜止 且相互垂直；v定子三相繞組由電子式逆變器供電，供電頻率和換流時(shí)刻取決于轉(zhuǎn)子位置傳感器同步的需要；v定子電樞繞組磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁勢(shì)均以同步速旋轉(zhuǎn)，兩者保持相對(duì)靜止且空間相互垂直 最大轉(zhuǎn)矩的需要；v電機(jī)本體為交流永磁同步電動(dòng)機(jī)；無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)總結(jié)：2. 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本運(yùn)行原理 下面借助于圖10.15說(shuō)明永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的定子電樞磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子永磁磁勢(shì)相對(duì)靜止

16、且空間相互垂直的具體實(shí)現(xiàn)。圖10.15中,電力電子變流器的開(kāi)關(guān)規(guī)律(又稱(chēng)為 導(dǎo)通型): 每隔換流一次; 任何瞬時(shí)有兩只開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通； 每個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通 120120即:61()TT、12()TT、56()TT、23()TT、34()TT、45()TT、 由此繪出一個(gè)周期內(nèi)定子三相繞組在不同時(shí)刻三相電流所產(chǎn)生的定子合成磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子永磁磁勢(shì)之間的關(guān)系如圖10.8所示。aFfF圖10.18 定子繞組的合成磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)之間的空間相位關(guān)系r在一個(gè)周期內(nèi)三相定子繞組在空間共產(chǎn)生六個(gè)定子合成磁勢(shì)；r轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò) 電角度，定子繞組則換流一次，相應(yīng)的定子合成磁勢(shì)就跳變一次。每個(gè)定子合成磁勢(shì)在時(shí)間上持續(xù)1/6周

17、期（ 電角度）；r在這六個(gè)連續(xù)跳變的定子合成磁勢(shì)作用下，轉(zhuǎn)子永磁磁勢(shì)隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；r盡管定子合成磁勢(shì)是跳變的，但其平均轉(zhuǎn)速卻與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持同盡管定子合成磁勢(shì)是跳變的，但其平均轉(zhuǎn)速卻與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持同步，亦即在平均意義上步，亦即在平均意義上 與與 相對(duì)靜止相對(duì)靜止。從而保證了有效電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生，而且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為同步速。 r電樞磁勢(shì)在與轉(zhuǎn)子磁極軸線垂直的電樞磁勢(shì)在與轉(zhuǎn)子磁極軸線垂直的 電角度范圍內(nèi)變化，亦電角度范圍內(nèi)變化，亦即使兩者之間的夾角在即使兩者之間的夾角在 范圍內(nèi)變化。范圍內(nèi)變化。 這樣，這樣，無(wú)論是在無(wú)論是在開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通過(guò)程中還是在換流瞬間，開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通過(guò)程中還是在換流瞬間， 與與 之間的夾角

18、在平均之間的夾角在平均意義上接近意義上接近 ，亦即在平均意義上互相垂直。，亦即在平均意義上互相垂直。結(jié)論：結(jié)論：6060aFfFaFfF906060120 無(wú)論在開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通過(guò)程中還是在換流瞬間，定子合成磁勢(shì)轉(zhuǎn)子磁磁勢(shì)之間的夾角在平均意義上接近 ，亦即在平均意義上互相垂直。上述結(jié)論的說(shuō)明：上述結(jié)論的說(shuō)明：(以以T6、T1向向T1、T2換流為例說(shuō)明）換流為例說(shuō)明）CXAYBZBAAFBFCfFNS1aF)(16TT、(a) T6、T1導(dǎo)通時(shí) 圖10.18 (T6、T1 )導(dǎo)通時(shí)定子合成磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子永磁磁勢(shì)之間的空間相位關(guān)系16,TT12TT、圖10.19 ( ) 向( )換流前定子合成磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子永

19、磁磁勢(shì)之間的空間相位關(guān)系90由上述兩圖可見(jiàn):CXAYBZBAAFCFCfFNS2aF)(21TT、(a) T1、T2導(dǎo)通時(shí) 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有和直流電動(dòng)機(jī)完全相同的功能和電磁關(guān)系，從而決定了其機(jī)械特性和調(diào)速性能與直流電動(dòng)機(jī)的相似性。 結(jié)論：結(jié)論：永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的不足之處：永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的不足之處： 定子（或電樞）僅有三相繞組，相當(dāng)于具有三個(gè)電樞繞組和三個(gè)換向片的直流電動(dòng)機(jī)，因而存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題。 10.2.2 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)逆變器的各種控 制方式u“ 導(dǎo)通型”（兩兩導(dǎo)通控制方式）；u“ 導(dǎo)通型”（三三導(dǎo)通控制方式）；u“ 導(dǎo)通型”（兩三輪流導(dǎo)通控制方式）；uPWM電壓和電流控制

20、方式1201801501、三三導(dǎo)通控制方式(又稱(chēng) 為導(dǎo)通型)180開(kāi)關(guān)規(guī)律：開(kāi)關(guān)規(guī)律：60180。 每隔每隔 換流一次；換流一次； 任何瞬時(shí)有三只開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通；任何瞬時(shí)有三只開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通； 每個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通每個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通 。612()TTT、 、123()TTT、 、561()TTT 、 、234()TTT、 、345()TTT、 、456()TTT、 、即：相應(yīng)的定子合成磁勢(shì)的空間矢量為：圖10.20 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的定子合成磁勢(shì)( 導(dǎo)通型)1802、三三導(dǎo)通控制方式(又稱(chēng) 為導(dǎo)通型)u每隔每隔 換流一次；換流一次；u任何瞬時(shí)有三只開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通，然后變?yōu)閮芍婚_(kāi)關(guān)器件任何瞬時(shí)有三

21、只開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通，然后變?yōu)閮芍婚_(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通，再變回三只開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)導(dǎo)通，再變回三只開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通，； u每個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通。每個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通。 150開(kāi)關(guān)規(guī)律：開(kāi)關(guān)規(guī)律：30即：)(165TTT、)(16TT 、)(216TTT、)(21TT、)(321TTT、)(32TT 、)(432TTT、)(43TT 、)(543TTT、)(54TT 、)(654TTT、)(65TT 、相應(yīng)的定子合成磁勢(shì)的空間矢量為：圖10.21 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的定子合成磁勢(shì)( 導(dǎo)通型)1503、 PWM電壓和電流控制方式v 改變逆變器直流側(cè)的輸入電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)壓,并利用來(lái)自位置傳感器的轉(zhuǎn)子信息控制逆變器的

22、頻率，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速； v保持逆變器直流側(cè)輸入電壓不變，利用來(lái)自轉(zhuǎn)子位置傳感器的轉(zhuǎn)子信息和PWM斬波控制同時(shí)調(diào)節(jié)逆變器的頻率和電壓，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。以 導(dǎo)通型為例加以說(shuō)明:120永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案:p反饋控制：反饋控制：上、下橋臂的主開(kāi)關(guān)器件同時(shí)斬波調(diào)整電機(jī)端的輸出電壓；p續(xù)流控制：續(xù)流控制：僅上橋臂（或下橋臂）的主開(kāi)關(guān)器件斬波調(diào)整電機(jī)端的輸出電壓；PWM斬波控制方案：PWM斬波控制的用途： 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)； 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。10.2.3 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型與機(jī)械特性以 導(dǎo)通型為例加以說(shuō)明:120忽略各種損耗，則有：1122a ab bc cdemPe ie

23、 ie iE IT（10-16） 即：1122ddemmrE IpE IT （10-17） 又：1erEK（10-18）參考圖10.15,由KVL得:1112222ddderUrIErIK（10-19）將式（10-18）代入（10-17）得：2emedTdTpK IK I（10-20）將式（10-20）代入（10-19）得：111222112(/2 )1dddremeeeTdemeTdembbUrIUrTKKK KUTKK UrTT（10-21）于是得機(jī)械特性為:1embbTnnT（10-22）若采用PWM斬波控制,則按同樣的過(guò)程可得相應(yīng)的機(jī)械特性為: :embbTnnT（10-23）式中,

24、表示PWM的占空比； 根據(jù)式(10-23)繪出永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖10.22所示.圖10.22 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在不同占空比下的機(jī)械特性10.2.4 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)模型利用圖10.15，并根據(jù)基爾霍夫電壓定律（KVL）得定子各相繞組的電壓方程為： 111000000aasmmaabbmsmbbccmmsccuriLLLieduriLLLiedturiLLLie （10-24）若定子繞組采用Y接 ,且無(wú)中線,則有:于是有:0abciii（10-25）m bm cm aL iL iL i （10-26）將上式代入式（10-24）得無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)空間表達(dá)式為：cbacbacbacbaeeeuuuLiiiLrLrLrdtdidtdidtdi1000000111其中， 。 smLLL無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和動(dòng)力學(xué)方程式分別為：a ab bc cemre ie ie iTpremLdJTTp dt （10-28） （10-29）10.