無刷直流電機(jī)基本工作原理分析目錄TOC\o"1-3"\h\u14653無刷直流電機(jī)基本工作原理分析 1220551.1無刷直流電機(jī)的系統(tǒng)組成 1237861.2無刷直流電機(jī)的基本運(yùn)行原理 2170361.3無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 4114141.3.1無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動方程 4173011.3.2無刷直流電機(jī)的電壓方程 4198231.4小結(jié) 5無刷直流電機(jī)的系統(tǒng)組成圖2-SEQ圖2-\*ARABIC1無數(shù)直流電機(jī)系統(tǒng)圖如圖2-1所示，一個電機(jī)系統(tǒng)是由永磁電動機(jī)本體、功率開關(guān)逆變器、轉(zhuǎn)子位置檢測電路（有位置傳感器或者無位置傳感器）組成的“電動機(jī)系統(tǒng)”。無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子由三相供電繞組組成，三相繞組在通入電流源之后會自動產(chǎn)生一個順著逆時針或者是逆時針兩個方向快速旋轉(zhuǎn)的磁場，形成一個電磁轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電源向無刷直流電機(jī)提供能量，位置檢測器檢測轉(zhuǎn)子位置獲取轉(zhuǎn)子位置信號，然后向控制器發(fā)送轉(zhuǎn)子位置信號，控制電路將位置傳感器提供的位置信號通過轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>謝少華</Author><Year>2020</Year><RecNum>41</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>41</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1620880769">41</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>謝少華</author></authors></contributors><auth-address>新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院農(nóng)業(yè)工程學(xué)院;</auth-address><titles><title>基于STC單片機(jī)的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計%J電子元器件與信息技術(shù)</title></titles><pages>130-132</pages><volume>4</volume><number>02</number><keywords><keyword>STC單片機(jī)</keyword><keyword>PID</keyword><keyword>控制系統(tǒng)</keyword><keyword>無刷直流電機(jī)</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>2096-4455</isbn><call-num>10-1509/TN</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[10]，驅(qū)動逆變器各功率開關(guān)管MOSFET，電機(jī)定子的各相繞組按一定規(guī)律導(dǎo)通關(guān)斷，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使得轉(zhuǎn)子以順時針旋轉(zhuǎn)或者以逆時針旋轉(zhuǎn)，并且產(chǎn)生持續(xù)不斷的推力。BLDCM的定子結(jié)構(gòu)與永磁同步電機(jī)相似，電樞繞組可以Y型連接或者△連接。永磁體大多采用矯頑力大、剩磁感應(yīng)密度高的稀土永磁材料制作而成。常見的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有三種形式：（1）表面式磁極（又稱瓦型磁極）ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>莫會成</Author><Year>2007</Year><RecNum>42</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>42</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1620880918">42</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>莫會成</author></authors></contributors><auth-address>西安微電機(jī)研究所西安710077</auth-address><titles><title>永磁無刷電動機(jī)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀%J電氣技術(shù)</title></titles><pages>16-23</pages><number>10</number><keywords><keyword>永磁無刷電動機(jī)</keyword><keyword>永磁交流伺服電動機(jī)</keyword><keyword>無刷直流電動機(jī)</keyword><keyword>電磁式位置傳感器</keyword><keyword>無鐵心</keyword><keyword>電樞槽</keyword><keyword>永磁體</keyword><keyword>磁極位置</keyword><keyword>電機(jī)參數(shù)</keyword><keyword>發(fā)展現(xiàn)狀</keyword></keywords><dates><year>2007</year></dates><isbn>1673-3800</isbn><call-num>11-5255/TM</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[11]。這類轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以減少轉(zhuǎn)矩脈動，應(yīng)用較多。（2）環(huán)形磁極。這種轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生磁場較小，所以用于小功率電機(jī)上。（3）嵌入式磁極（又稱矩形磁極）。這種導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)之一就是能夠給出的磁通比較大，但缺點(diǎn)之二就是它還需要對磁化作出隔磁處理，使電機(jī)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。無刷直流電機(jī)的基本運(yùn)行原理如圖2-2所示，BLDCM的轉(zhuǎn)子是永磁體，所以沒有必要向轉(zhuǎn)子通電，因此也米有必要使用電刷和換向器。通過控制定子線圈的電流方向和大小來控制產(chǎn)生的磁場，再通過改變不同相的導(dǎo)通從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，使電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC2無刷直流電機(jī)模型無刷直流電動機(jī)通過三相Y型連接，二二導(dǎo)通。一個周期內(nèi)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周可分為六個狀態(tài)，每個狀態(tài)占60個電度角。即每經(jīng)過60個電度角后，霍爾傳感器發(fā)出的信號指令改變一次，位置信號轉(zhuǎn)換成逆變器的驅(qū)動信號控制無刷直流電機(jī)導(dǎo)通相的改變。以下以“一對極二二導(dǎo)通三相六狀態(tài)”為例，分析其運(yùn)行狀態(tài)。三相繞組均勻分布在定子上，他們的空間位置兩兩相差120°。其中，A、B、C分別表示引線端，X、Y、Z表示出線端。符號⊕表示電流流入方向，符號⊙表示電流流出方向，符號○表示沒有電流流過即該相繞組懸空。圖2-3和圖2-4中FA、FB、FC用虛線表示單相繞組產(chǎn)生的磁場的磁勢。實(shí)線如FAB表示的是兩相電流流過導(dǎo)線而形成的磁勢的疊加。Ff是轉(zhuǎn)子永磁體本身帶有的磁場形成的磁勢。依次按照AB、AC、BC、BA、CA、CB的順序?qū)ㄓ纱艘来魏铣蒄AB、FAC、FBC、FBA、FCA、FCB的磁場，每次跳躍60°，形成旋轉(zhuǎn)磁場。下面先分析AB狀態(tài)到BC狀態(tài)的換相過程（AB到BC），如圖2-3所示。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC3AB相到BC相的換相過程A相和B相導(dǎo)通，C相不導(dǎo)通時，為AB導(dǎo)通狀態(tài)。圖2-3中(a)、(b)、(c)是AB相導(dǎo)通狀態(tài)。(d)、(e)、(f)為CB相導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)繞組AB相通電時，產(chǎn)生合成磁勢FAB，轉(zhuǎn)子的永磁體磁勢是Ff，F(xiàn)AB與Ff相差120°。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如圖2-3(c)時刻，此時應(yīng)該換相，換相完畢后如圖(d)所示，BC相導(dǎo)通，A相繞組沒有電流，形成了合成磁勢FCB，再次與Ff相差120°。再轉(zhuǎn)過60°，再次換相，依次循環(huán)往復(fù)。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC4一個周期內(nèi)的換相過程無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型以一對極三相的無刷直流電機(jī)為例建立微分方程的數(shù)學(xué)模型，電機(jī)定子繞組為“Y”型連接集中整距繞組，轉(zhuǎn)子采用隱極式的結(jié)構(gòu)，并在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做如下假設(shè)來簡化分析過程ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Ruiqing</Author><Year>2005</Year><RecNum>23</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[12]</style></DisplayText><record><rec-number>23</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1618472910">23</key></foreign-keys><ref-typename="ConferenceProceedings">10</ref-type><contributors><authors><author>MaRuiqing</author><author>LiuWeiguo</author><author>LuoGuangzhao</author><author>HuYashanAutomationCollege</author><author>NorthwesternPolytechnicalUniversity</author><author>Xi'an710072</author><author>China</author></authors><subsidiary-authors><author>中國電子學(xué)會、中國電機(jī)工程學(xué)會、國家自然科學(xué)基金委員會、IeeeBeijingSection、TheKoreanInstituteofElectricalEngineers、TheInstituteofElectricalEngineersofJapan</author></subsidiary-authors></contributors><titles><title>TheBalancedCurrentControlofDual-RedundancyPermanentMagneticBrushlessDCMotor</title><secondary-title>2005國際電機(jī)與系統(tǒng)學(xué)術(shù)會議</secondary-title></titles><pages>5</pages><keywords><keyword>Rareearthpermanentmagnet</keyword><keyword>brushlessdcmotor</keyword><keyword>dual-redundancy</keyword><keyword>balancedcurrentcontrol.</keyword></keywords><dates><year>2005</year></dates><pub-location>中國南京</pub-location><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[12]：忽略電機(jī)鐵心飽和，不計渦流損耗和磁滯損耗；不考慮電樞反應(yīng)，氣隙磁場波形認(rèn)為是平頂寬度為120個電角度的梯形波ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>謝春華</Author><Year>2012</Year><RecNum>43</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>43</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1620881339">43</key></foreign-keys><ref-typename="ConferenceProceedings">10</ref-type><contributors><authors><author>謝春華</author><author>湯寧平</author></authors></contributors><titles><title>一種簡化的永磁無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法</title><secondary-title>福建省電機(jī)工程學(xué)會第十二屆學(xué)術(shù)年會</secondary-title></titles><dates><year>2012</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]；忽略齒槽效應(yīng)，電樞導(dǎo)體連續(xù)均勻分布于電樞表面；驅(qū)動系統(tǒng)逆變電路的功率管和續(xù)流二極管均具有理想的開關(guān)特性。無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動方程電機(jī)運(yùn)行時輸入功率中只有一小部分損耗在銅耗和鐵耗上，其他