《§7[1]1稀土永磁无刷直流电动机》精选课件.ppt

7.1.1  稀土永磁无刷直流电动机 优点 结构简单 性能优良 运行可靠 维护方便 运用场合 自动化伺服与驱动 家用电器 计算机外设 汽车电器 电动车辆驱动 一、基本组成 稀土永磁无刷直流电动机的基本构成包括电动机本体、控制器和转子位置传感器三部分，如图3－1所示： 永 磁 无 刷 直 流 电 机 本 体 定 子 多 为 三 相 结构，绕组为分布式或集中式，Y接。 永磁转子多用钕铁硼等稀土永磁材料，瓦片型永磁体直接粘贴在转子铁心上，故其气隙磁场在空间呈矩形分布。（见图5－2） 控制器(功率电子开关) 用于给电机定子各相绕组在一定的时刻通以一定时间长短的恒定直流电流，以便与转子永磁磁场相互作用产生持续不断的恒定转矩。 一般采用 GTR、MOSFET，较大容量电机采用 IGBT或IPM模块。 功率电子开关可以是半桥式，但多为三相桥式结构，与三相直－交逆变器结构十分相似，但各桥臂元件一般只在一个输出频率周期内开、关一次，惟有三相下桥臂元件(VT4,VT6,VT2)在开通时间内还要进行PWM调制,以实现电机的调压调速。 转子位置传感器 1.电磁式位置传感器 利用电磁效应来实现位置测量的传感元件，有开口 变压器、铁磁谐振电路、接近开关等多种形式,其 中开口变压器使用较多，其原理已在§3－2中作过 介绍。 2. 磁敏式位置传感器 磁敏传感器利用电流的磁效应进行工作，所组成的位置检测器由与电机同轴安装、具有与电机转子同极数的永磁检测转子和多只空间均布的磁敏元件构成。 目前常用的磁敏元件为霍尔元件或霍尔集成电路，它们在磁场作用下会产生霍尔电势，经整形、放大后即可输出所需电平信号，构成了原始的位置信号。 图 5－3为霍尔集成电路及其开关型输出特性。 图 5－4给出了一台四极电机的霍尔位置检测器完整结构。 3. 光电式位置传感器 利用与电机转子同轴安装、带缺口旋转园盘对光电元件进行通、断控制，以产生一系列反映转子空间位置脉冲信号的检测方式。 简单光电元件的结构如图5－5所示，由红外发光二极管和光敏三极管构成。 4. 其它的位置传感器 除了以上三种位置传感器外，还有正、余弦旋转变压器和光电编码器等其他位置传感元件，但成本高、体积大、线路复杂，较少采用。 由于位置检测器有机械安装、维护及运行可靠性等问题，近期来出现了无位置检测器的运行控制方式。它利用电机定子绕组反电势作为转子磁极的位置信号。 二、工作原理 以二相导通星形三相六状态无刷直流电动机为例来说明其工作原理。当转子稀土永磁体位于3-3(a)所示位置时，转子位置传感器输出磁极位置信号，经过控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使功率开关管V1、V6导通，及绕组A、B通电，A进B出，电枢绕组在空间的合成磁势Fa，如图3-3(a)所示，此时定转子磁场相互作用拖动转子顺时钟转动。 稀土永磁方波电动机基本公式 电枢绕组感应电动势 e = LV (V ) 式中 ——气隙磁感应强度 L ——导体的有效长度 V ——导体相对于磁场的线速度：V= 电枢电流 电磁转矩 其中 为转矩常数 转速 电势系数与转矩系数 电势系数为： 转矩系数为： 三、运行特性 电枢反应的特点： 电机负载时的电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应。电枢反应与磁路的饱和程度、转向、电枢绕组联接方式、导通顺序和磁状态角的大小有关。两相导通星形三相六状态的电枢反应形成两相绕组的合成磁势如图3－11所示。 正反转实现 通常采用改变逆变器开关管的逻辑关系，使电枢绕组各相导通顺序变化来实现电机的正反转。为了使电机正反转均能产生最大平均电磁转矩并保证对称运行，必须精确设计转子位置传感器与转子主磁极和定子各相绕组的相互位置关系，以及正确的逻辑关系，旋转一周内电机正反转对应各相绕组导通顺序与三个霍尔器件输出信号的逻辑关系如表3－4所示。 位置传感器采用三个霍尔元件沿圆周均匀分布粘贴于电机端盖上，彼此相差120电角度，并分别与定子三相绕组首端所在槽中心线对齐，传感器相互位置如图3－12所示: 假设： 忽略气隙磁场谐波，认为气隙磁密沿气隙圆周作正弦分布，即 (5-1) 式中 BM —— 气隙磁密基波幅值 θ —— 沿气隙圆周度量的空间角度