無(wú)刷直流電機(jī)1無(wú)刷直流電機(jī)1主要內(nèi)容：1.無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成2.無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理3.無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型4.轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的成因&抑制2主要內(nèi)容：21.無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成圖一結(jié)構(gòu)框圖（1）結(jié)構(gòu)框圖&控制系統(tǒng)示意圖31.無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成圖一結(jié)構(gòu)框圖（1）結(jié)構(gòu)框圖&控制圖二三相無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)4圖二三相無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)4無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本體：永磁同步電動(dòng)機(jī);主要特征：氣隙磁場(chǎng)波形與電樞電流波形為方波；位置檢測(cè)器：有位置傳感器檢測(cè)和無(wú)位置傳感器檢測(cè)；常見的有位置傳感器是霍爾開關(guān)式位置傳感器；目前比較成熟的無(wú)轉(zhuǎn)子位置傳感器控制方法主要有反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法和定子三次諧波檢測(cè)法等。逆變器：逆變器主電路有橋式和非橋式兩種，而電樞繞組既可以接成星形也可以接成角形，因此電樞繞組與逆變器主電路的連接可以有多種不同的組合；無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)最常見的工作方式是星形兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)。（2）各個(gè)單元結(jié)構(gòu)的性能與作用5（2）各個(gè)單元結(jié)構(gòu)的性能與作用5控制器主要功能：(1)對(duì)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器輸出的信號(hào),PWM調(diào)制信號(hào),正反轉(zhuǎn)和停車信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合,為驅(qū)動(dòng)電路提供各開關(guān)管的斬波信號(hào)和選通信號(hào),實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停車控制；(2)產(chǎn)生PWM調(diào)制信號(hào),使電機(jī)的電壓隨給定速度信號(hào)而自動(dòng)變化,實(shí)現(xiàn)電機(jī)開環(huán)調(diào)速；(3)對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié),使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能；(4)實(shí)現(xiàn)短路,過(guò)流,過(guò)電壓和欠電壓等故障保護(hù)功能。注意：5種PWM調(diào)制方式PWM_ONON_PWMH_ON_L_PWMH_PWM_L_ONH_PWM_L_PWM不同調(diào)制方式的會(huì)對(duì)換向轉(zhuǎn)矩造成不同的影響。綜合考慮（1）（2）最常用，（3）（4）次之，（5）最不常用。

6控制器主要功能：62.無(wú)刷直流電機(jī)工作原理圖三工作原理示意圖

A相、B相、C相繞組分別與功率管(VT1,VT4)(VT3,VT6),(VT5,VT2)相接,磁極位置傳感器跟蹤轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸相連接，通過(guò)逆變器功率管按一定的規(guī)律導(dǎo)通關(guān)斷,使電機(jī)定子電樞產(chǎn)生按60°角度不斷前進(jìn)的磁勢(shì),帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。原本兩個(gè)磁勢(shì)向量當(dāng)其夾角為90°時(shí),相互作用力最大，但是由于電子電樞產(chǎn)生的磁勢(shì)是以60°角度前進(jìn),因此在每種觸發(fā)模式下,轉(zhuǎn)子磁勢(shì)與定子磁勢(shì)的夾角在120°～60°之間變化才能產(chǎn)生最大的平均電磁轉(zhuǎn)矩。72.無(wú)刷直流電機(jī)工作原理圖三工作原理示意圖如圖所示三相全控電路方式，相比于半控有著突出的優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用于大多數(shù)控制場(chǎng)合。三相全控方式又分為兩兩導(dǎo)通與三三導(dǎo)通。兩兩導(dǎo)通方式每個(gè)瞬間導(dǎo)通兩個(gè)開關(guān)管，每60度換相一次，每次換相一個(gè)開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通120度；三三導(dǎo)通方式每個(gè)瞬間導(dǎo)通三個(gè)開關(guān)管，每60度換相一次，每個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通180度。圖四三相全控示意圖圖五反電動(dòng)勢(shì)、電流波形8圖四三相全控示意圖圖五反電動(dòng)勢(shì)、電流波形83.無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

由于BLDCM的氣隙磁場(chǎng)、反電勢(shì)以及電流波形是非正弦的,因此采用直、交軸坐標(biāo)變化不是很有效的分析方法。直接利用電機(jī)本身的相變量來(lái)建立數(shù)學(xué)模型。假設(shè)：

三相繞組完全對(duì)稱；磁路不飽和；不計(jì)渦流和磁滯損耗；忽略齒槽效應(yīng)。則可以建立相應(yīng)的BLDCM的數(shù)學(xué)模型。假設(shè)建立方程對(duì)象為：兩極、三相；定子Y接法，集中整距繞組；轉(zhuǎn)子采用隱極內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（氣隙均勻）；磁感應(yīng)開關(guān)器件空間120度對(duì)稱放置。93.無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型由于BLD（1）電壓方程式中,ua、ub、uc——三相繞組的端電壓(V)ia、ib、ic——三相繞組的相電流(A)ea、eb、ec——三相繞組的反電勢(shì)(V)un——中性點(diǎn)電壓(V)L——相繞組自感(H)M——每?jī)上嗬@組間的互感(H)p——微分算子,p=d/dt10（1）電壓方程式中,ua、ub、uc——三相繞組的端電壓(由于三相繞組為星接，有：代入電壓方程化簡(jiǎn)可得：圖六無(wú)刷直流電機(jī)的等效電路由上方程可以得到無(wú)刷直流電機(jī)的等效電路，圖五所示。再由電路可以得到中性點(diǎn)電壓的表達(dá)式為：11由于三相繞組為星接，有：代入電壓方程化簡(jiǎn)可得：圖六無(wú)刷直流（2）反電動(dòng)勢(shì)方程在無(wú)刷直流電機(jī)中，反電動(dòng)勢(shì)被認(rèn)為是梯行波（實(shí)際中應(yīng)該并沒有梯行波的尖角，而是以圓角過(guò)渡），這是由于感應(yīng)電勢(shì)是磁鏈的導(dǎo)數(shù)，而磁鏈為連續(xù)函數(shù)，所以不應(yīng)該出現(xiàn)尖角。假設(shè)Ep為梯形波的峰值，可計(jì)算Ep為：其中為主磁通，為轉(zhuǎn)速，N為總導(dǎo)體數(shù)。幅值已知后可以代入求解每相的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：其中為主磁通，為角速度，p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，N為總導(dǎo)體數(shù)。對(duì)于bc兩相的情況與a相完全相同，只不過(guò)三相反電動(dòng)勢(shì)之間相差120度的空間角度。12（2）反電動(dòng)勢(shì)方程在無(wú)刷直流電機(jī)中，反電動(dòng)勢(shì)被認(rèn)理想的反電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)梯行波，平頂寬度為120度。但是由于感應(yīng)電勢(shì)為連續(xù)函數(shù)—磁鏈的導(dǎo)函數(shù)，所以實(shí)際中反電動(dòng)勢(shì)波形為圓角的梯行波。圖七理想反電動(dòng)勢(shì)波形13理想的反電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)梯行波，平頂寬度為120度（3）電磁功率與電磁轉(zhuǎn)矩方程電磁功率Pe為：電磁轉(zhuǎn)矩Te為：運(yùn)動(dòng)方程為：14（3）電磁功率與電磁轉(zhuǎn)矩方程電磁功率Pe為：電磁轉(zhuǎn)矩Te4.轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的成因&抑制（1）換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)

換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)成因主要有兩個(gè)；第一：換相期間電流波動(dòng)引起假設(shè)反電動(dòng)勢(shì)為理想的梯形波（平頂寬度為120度），而且換相期間反電勢(shì)不變。

由于電機(jī)繞組呈感性，所以換向期間繞組電流不可能一下就完成，即是說(shuō)電流波形不可能是理想的方波，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)三種不同的情況。154.轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的成因&抑制（1）換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)15已知：，換相期間三相反電動(dòng)勢(shì)幅值相等，且有：可以得出當(dāng)A向C相過(guò)渡時(shí)，轉(zhuǎn)矩大小為：，可見轉(zhuǎn)矩大小與非導(dǎo)通相電流成正比

圖八換相期間電流三種變換狀態(tài)16已知：第二：反電動(dòng)勢(shì)為非理想梯形波形實(shí)際情況中，無(wú)刷直流電機(jī)的三相反電動(dòng)勢(shì)都為圓角的梯形波形，從而使得換相點(diǎn)處的反電動(dòng)勢(shì)要小于非換相時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)，就算電流為理想的方波，最終也會(huì)使換相轉(zhuǎn)矩小于非換相時(shí)轉(zhuǎn)矩，從而造成轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。圖九實(shí)際情況的反電動(dòng)勢(shì)波形17第二：反電動(dòng)勢(shì)為非理想梯形波形圖九實(shí)際情況的反電動(dòng)勢(shì)波形（2）機(jī)械轉(zhuǎn)矩波動(dòng)

機(jī)械轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的主要成因是齒槽效應(yīng)的存在，由于齒槽使得氣隙磁場(chǎng)分布不均，從而產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩。需從機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化入手：方法一：斜槽法定子斜槽以及轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斜安裝法示意圖作用：通過(guò)減小電機(jī)的傾斜因數(shù)，使其小于1，達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的目的。圖十斜槽法示意圖18（2）機(jī)械轉(zhuǎn)矩波動(dòng)方法一：斜槽法定子斜槽以及轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斜安裝法方法二：輔助齒槽法圖十一增加輔助齒槽示意圖作用：在一個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，齒槽數(shù)增多導(dǎo)