chater5永磁無刷電動機(jī)驅(qū)動技術(shù)

第5章永磁無刷電動機(jī)驅(qū)動技術(shù)5.1永磁無刷電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)5.2永磁無刷電動機(jī)5.3永磁無刷電動機(jī)控制技術(shù)5.4永磁無刷電動機(jī)的發(fā)展方向5.1永磁無刷電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)一、永磁無刷電動機(jī)的優(yōu)點結(jié)構(gòu)緊湊、運行可靠、效率高、功率密度大、損耗小、外形尺寸設(shè)計靈活二、類型1、磁通的路徑和電流的走向

徑向型、軸向型和直線型以及橫向磁場2、按永磁體擺放的位置轉(zhuǎn)子永磁型和定子永磁型3、施加電流和反電動勢的波形永磁無刷交流和永磁無刷直流5.1永磁無刷電動機(jī)動系統(tǒng)三、驅(qū)動系統(tǒng)的組成四、永磁無刷電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用于電動汽車上的優(yōu)點效率高、功率密度大瞬態(tài)特性好壽命較長，可靠性高可調(diào)參數(shù)多，控制靈活發(fā)展促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步永磁材料的多樣性使其驅(qū)動系統(tǒng)靈活多變五、無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)無刷直流電機(jī)從結(jié)構(gòu)上來看，與傳統(tǒng)的直流電機(jī)主要區(qū)別在于：無刷電機(jī)具有旋轉(zhuǎn)的永磁轉(zhuǎn)子和固定的電磁繞組；有刷電機(jī)具有旋轉(zhuǎn)的電樞繞組和固定的永磁定子。無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)無刷直流電機(jī)本質(zhì)上可看作是一臺用電子換相裝置取代機(jī)械換相裝置的直流電機(jī)。安裝在電機(jī)上的位置傳感器來檢測轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中的位置。控制器為電子換相電路提供正確的換相信息，來控制電子換相電路中的功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，保證電機(jī)各相按正確順序?qū)?，在空間形成跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。無刷電機(jī)的換相原理我們假設(shè)在A、B、C三相電流流入為正，電流方向與線圈產(chǎn)生磁場方向相同。如圖中Step1所示，對C相施加正向電壓，對B施相加反向電壓，A相處于高阻態(tài)，C、B兩相產(chǎn)生的合磁場方向指向方位1。在Step2狀態(tài)，對A相施加正向電壓，對B相施加反向電壓，C相處于高阻態(tài)，A、B兩相產(chǎn)生的合磁場方向指向2。磁場偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生電磁扭矩，驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。無刷電機(jī)的換相原理如此循環(huán)往復(fù)，便可以實現(xiàn)無刷直流電機(jī)的連續(xù)工作。無刷直流電機(jī)正轉(zhuǎn)的換相狀態(tài)圖如圖所示。從狀態(tài)1至狀態(tài)6，A=Z11Z00，B=00Z11Z，C=1Z01Z0，其中Z為高阻態(tài)。電機(jī)反轉(zhuǎn)與之類似。無刷電機(jī)驅(qū)動電路的基本結(jié)構(gòu)無刷電機(jī)驅(qū)動要完成的兩個基本功能：換相和調(diào)速無刷直流電機(jī)的電子換相和調(diào)速需要逆變器來完成，逆變器用來控制電動機(jī)定子上各相繞組通電的順序和時間。功率開關(guān)單元是換相電路的核心。無刷電機(jī)驅(qū)動電路的基本結(jié)構(gòu)根據(jù)無刷直流電機(jī)的換相原理可知，電機(jī)各相電流要根據(jù)當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置來確定，即各繞組的相電壓與位置傳感器的輸出值有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。本電機(jī)中三個霍爾傳感器用于檢測轉(zhuǎn)子位置，控制器通過霍爾傳感器的信號控制各功率管的通斷?；魻杺鞲衅髋c各相相電壓之間的關(guān)系無刷電機(jī)驅(qū)動電路的基本結(jié)構(gòu)霍爾傳感器輸出值(CBA)電流方向?qū)ǖ墓β使?00CBSW5；SW4101ABSW1；SW4001ACSW1；SW6011BCSW3；SW6010BASW3；SW2110CASW5；SW2無刷直流電動機(jī)速度控制，就是將合適的定子繞組與直流電源導(dǎo)通，對導(dǎo)通相進(jìn)行PWM脈寬調(diào)制，進(jìn)而影響磁場強度，改變轉(zhuǎn)動力矩，調(diào)整速度大小永磁無刷電動機(jī)基本方程與性能分析不計磁滯、渦流及繞組間互感時，m相SR電機(jī)系統(tǒng)示意圖

J—轉(zhuǎn)子與負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量

D—粘性摩擦系數(shù)

TL—負(fù)載轉(zhuǎn)矩電路方程第k相繞組的相電壓平衡方程:磁鏈方程所以：電阻壓降變壓器電動勢運動電動勢(轉(zhuǎn)子位置改變)機(jī)械運動方程：式中 Te——電磁轉(zhuǎn)矩；

J——系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量；

B——粘性阻力系數(shù)；

TL——負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

5.2永磁無刷電動機(jī)

電動汽車對電動機(jī)驅(qū)動的基本要求1、具有高的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度2、具有非常寬的速度運行區(qū)間3、在大的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，都能保持高的運行效率4、具有很寬的恒功率運行區(qū)5、具有高的轉(zhuǎn)矩能力6、具有大的過載能力7、高的可靠性和魯棒性8、較低的噪聲9、合理的價格10、有較高的發(fā)電效率和合理的電壓調(diào)節(jié)范圍5.2.1永磁材料一、表征永磁材料的主要參數(shù)剩余磁感應(yīng)強度、矯頑力、最大磁能積、回復(fù)磁導(dǎo)率、居里溫度和溫度系數(shù)二、常見永磁材料鋁鎳鈷、汝鐵硼、鐵氧體、稀土永磁材料5.2.2轉(zhuǎn)子永磁型無刷電動機(jī)一、類型表面式、表面插入式、內(nèi)置徑向式和內(nèi)置切向式二、輸出轉(zhuǎn)矩

5.2.3定子永磁型無刷電動機(jī)一、類型軛部直線式、軛部曲線式、齒部表面式和齒部嵌入式磁體結(jié)構(gòu)二、優(yōu)缺點

5.2.4永磁無刷電動機(jī)結(jié)構(gòu)比較從效率、功率密度、速度范圍、過載能力、可靠性和成熟度等性能比較（見書本P85頁表5-2）5.3

永磁無刷電動機(jī)控制技術(shù)一、無刷直流和永磁同步運行1、無刷直流-方波電流、價格低廉但要閉環(huán)控制2、永磁同步-正弦波電流運行，成本高，但可開環(huán)控制二、恒功率運行對ＢＬＡＣ可采用弱磁控制，對ＢＬＤＣ可通過導(dǎo)通角控制來實現(xiàn)。改變反電動勢（多極多相）、改變匝數(shù)(雙凸極)三、效率最優(yōu)控制1、對BLAC，通過調(diào)節(jié)輸入電壓和d軸電樞電流實現(xiàn)效率最優(yōu)四、直接轉(zhuǎn)矩控制五、人工智能控制-可靠性和智能性的矛盾六、無位置傳感器控制5.4永磁無刷電動機(jī)的發(fā)展方向一、傳統(tǒng)電動機(jī)的最大缺點-不能單一完成電動汽車驅(qū)動的全部要求二、未來-一體化的電動汽車機(jī)電能量傳遞系統(tǒng)三、未