無刷直流電機(jī)運(yùn)行原理與基本控制方法

1主要內(nèi)容一、幾個(gè)術(shù)語解釋（極對(duì)數(shù)、相數(shù)、電角度、電角頻率、相電壓、線電壓、反電動(dòng)勢(shì)）二、無刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理（運(yùn)行原理、數(shù)學(xué)模型）三、無刷直流電機(jī)的基本控制方法（各參數(shù)相互關(guān)系、換流過程與換流模式）四、車用無刷直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)（基本控制、弱磁控制）目前一頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)2幾個(gè)術(shù)語解釋極對(duì)數(shù)（）：電機(jī)轉(zhuǎn)子中N-S極的對(duì)數(shù)，2，3，4，……相數(shù)（）：電機(jī)繞組個(gè)數(shù)，3，6，12，……電角度（）/機(jī)械角度（）：電角頻率（）/機(jī)械角頻率（）：電角頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速（）：極（2p）槽（Z）配合：Z/2p相電壓：電機(jī)相繞組對(duì)電機(jī)中性點(diǎn)電壓線電壓：電機(jī)兩相繞組之間電壓反電動(dòng)勢(shì)：電機(jī)到拖時(shí)某一轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)電機(jī)線電壓峰值目前二頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)3幾個(gè)術(shù)語解釋目前三頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)4無刷直流電機(jī)的組成無刷直流電機(jī)組成部分：電機(jī)本體、位置傳感器、電子開關(guān)線路；電機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電動(dòng)機(jī)相似；電子開關(guān)線路由功率邏輯開關(guān)單元和位置傳感器信號(hào)處理單元兩部分組成；電子開關(guān)線路導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，起機(jī)械換向器的換向作用。目前四頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)5120度導(dǎo)通時(shí)轉(zhuǎn)子位置與電流換相關(guān)系a)0度（換相前） b)0度（換相后）c)60度（換相前） d)60度（換相后）e)120度（換相前）f)120度（換相后）目前五頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)6HALL狀態(tài)與PWM、三相反電勢(shì)和三相

相電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系無刷直流電機(jī)的電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)具有以下特點(diǎn)：（1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為三相對(duì)稱的梯形波，其波頂寬為（2）電流為三相對(duì)稱的方波；（3）梯形波反電勢(shì)與方波電流在相位上嚴(yán)格同步。目前六頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)7無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型采用理想化的直流無刷電機(jī)用狀態(tài)方程表示的數(shù)學(xué)模型，電流為理想的方波，反電勢(shì)為理想的梯形波，并作如下假設(shè)：（1）不計(jì)磁路飽和；（2）電機(jī)渦流損耗和磁滯損耗；（3）忽略定子電流的電樞反應(yīng)；（4）定子繞組采用Y形接法。無刷直流電機(jī)的等效電路目前七頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)8無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型目前八頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)9無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型在任何時(shí)刻，定子上只有兩相同時(shí)導(dǎo)通，且導(dǎo)通相的定子電流幅值保持不變：稱為轉(zhuǎn)矩系數(shù)

目前九頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)10無刷直流電機(jī)的電路模型逆變器—永磁無刷電機(jī)系統(tǒng)示意圖

為直流電源（V）；為中間直流回路支撐（濾波）電容（F）；為6個(gè)功率開關(guān)管；為6個(gè)續(xù)流二極管；采用120o的兩兩導(dǎo)通方式，對(duì)分別在各自120o導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)根據(jù)不同的調(diào)制方式進(jìn)行PWM調(diào)制。目前十頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)11無刷直流電機(jī)的相電流分析目前十一頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)12無刷直流電機(jī)的換相電流目前十二頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)13無刷直流電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)目前十三頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)14無刷直流電機(jī)的換流模式（1）pwm-on型調(diào)制方式（2）on-pwm型調(diào)制方式目前十四頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)15無刷直流電機(jī)的換流模式（3）H_on-L_pwm型調(diào)制方式（4）H_pwm-L_on型調(diào)制方式目前十五頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)16無刷直流電機(jī)的換流模式（5）L_pwm-H_pwm型調(diào)制方式（6）on-on型調(diào)制方式目前十六頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)17無刷直流電機(jī)的仿真結(jié)果（1）pwm-on型調(diào)制方式（2）on-pwm型調(diào)制方式目前十七頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)18無刷直流電機(jī)的換流模式（3）H_on-L_pwm型調(diào)制方式（4）H_pwm-L_on型調(diào)制方式目前十八頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)19無刷直流電機(jī)的換流模式（5）L_on-H_pwm型調(diào)制方式調(diào)制方式轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)仿真結(jié)果上橋下橋pwm-on20％20％on-pwm30％30％H_pwm-L_on18.5％37.5％H_on-L_pwm33.8％15.4％H_pwm-L_pwm42.4%42.4%目前十九頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)20無刷直流電機(jī)的換流模式（1）采用pwm-on方式時(shí)，下橋換相和上橋換相的換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相等，且最??；非換向相電流脈動(dòng)也是最小的；（2）采用on-pwm方式時(shí)，下橋和上橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相等且比pwm-on方式大，非換向相電流脈動(dòng)也比pwm-on方式時(shí)大。（3）采用H_pwm-L_on方式時(shí)，下橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向相電流脈動(dòng)大且與on-pwm方式時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)相等，上橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向相電流脈動(dòng)小且與pwm-on方式時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)相等。（4）采用H_on-L_pwm方式時(shí)，下橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向相電流脈動(dòng)小且與pwm-on方式時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)相等，上橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向相電流脈動(dòng)大且與on-pwm方式時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)相等。（5）采用H_pwm-L_pwm方式時(shí)，換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最大且非換向相電流脈動(dòng)也最大。目前二十頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)21無刷直流電機(jī)的電路模型HALL狀態(tài)101100110010011001導(dǎo)通功率管目前二十一頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)22單側(cè)調(diào)制下橋臂換向過程分析T1、T2同時(shí)導(dǎo)通T1關(guān)斷、T2導(dǎo)通目前二十二頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)23單側(cè)調(diào)制上橋臂換向過程分析T2、T3同時(shí)導(dǎo)通T3關(guān)斷、T2導(dǎo)通目前二十三頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)24雙側(cè)調(diào)制下橋臂換向過程分析T1、T2同時(shí)導(dǎo)通T1、T2同時(shí)關(guān)斷目前二十四頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)25雙側(cè)調(diào)制上橋臂換向過程分析T2、T3同時(shí)導(dǎo)通T2、T3同時(shí)關(guān)斷目前二十五頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)26功率管開通，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相同；功率管關(guān)斷，單側(cè)調(diào)制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大于雙側(cè)調(diào)制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；單側(cè)調(diào)制存在相見續(xù)流現(xiàn)象，換相時(shí)間長；雙側(cè)調(diào)制引入直流母線電壓到續(xù)流回路，產(chǎn)生反電壓，換相時(shí)間短；單側(cè)調(diào)制較雙側(cè)調(diào)制損耗小。不同調(diào)制方式的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對(duì)比分析目前二十六頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)27無刷直流電機(jī)的相電流分析目前二十七頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)28無刷直流電機(jī)的相電流分析目前二十八頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)29無刷直流電機(jī)的相電流分析目前二十九頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)30無刷直流電機(jī)的相電流分析目前三十頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)31無刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制升壓斬波器原理目前三十一頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)32無刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制HALL狀態(tài)101100110010011001導(dǎo)通功率管目前三十二頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)33無刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制T4開通時(shí)電流流向

T4關(guān)斷時(shí)的電流流向目前三十三頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)34無刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制T6開通時(shí)電流流向

T6關(guān)斷時(shí)的電流流向目前三十四頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)35無刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制HALL狀態(tài)101100110010011001導(dǎo)通功率管目前三十五頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)36無刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制T3、T4關(guān)斷時(shí)電流流向T4、T5導(dǎo)通時(shí)的電流流向目前三十六頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)37無刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制T4、T5關(guān)斷時(shí)電流流向（iB>0）T4、T5關(guān)斷時(shí)的電流流向（iB=0）目前三十七頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)38無刷直流電機(jī)的制動(dòng)控制T3、T4關(guān)斷時(shí)電流流向

T4、T5導(dǎo)通時(shí)的電流流向目前三十八頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)39無刷直流電機(jī)的制動(dòng)相電流分析目前三十九頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)40無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)電流閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)目前四十頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)41無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)依據(jù)轉(zhuǎn)速控制弱磁角度轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)依據(jù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制弱磁角度目前四十一頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)42無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)目前四十二頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)43無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)目前四十三頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)44無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)目前四十四頁\總數(shù)四十九頁\編于二十一點(diǎn)45無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)H