永磁无刷电机及系统设计.pptx

无刷电机驱动设计;概论;永磁无刷电动机系统;永磁无刷电动机由电机和驱动器两部分组成。电机部分的结构是定子上有多相绕组，转子上镶有永久磁铁。因此，永磁无刷电动机可看成是由专门的电子逆变器驱动的有位置传感器反馈控制的交流同步电动机。

永磁无刷电动机的电枢绕组同交流电机的绕组一样，采用多相型式，经由驱动器接到直流电源上，定子采用位置传感器实现电子换向，各相依次通电，产生电流，电流和转子磁极的主磁场相互作用，产生转矩。; 永磁无刷电动机的控制模式分为两大类：方波驱动

正弦波驱动

方波驱动时，其驱动电流为近似矩形波

正弦波驱动时，其驱动电流为正弦波;方波驱动永磁无刷电动机工作原理;以两相导通星形三相六状态运行说明方波驱动永磁无刷电动机的工作原理。图所示为两极方波驱动三相永磁无刷电动机系统，定子电枢绕组为三相星形联结，位置传感器与电动机同轴连接。控制电路对位置信号进行逻辑变换后产生驱动信号，控制逆变器的功率开关管，使电动机的各相绕组按一定的顺序工作。;转子在空间每转过60度电角度，定子绕组就进行一次换流，定子合成磁场的磁状态就发生一次跃变。可见，电机有六种磁状态，每一状态有两相导通，每相绕组的导通时间对应于转子旋转120度电角度。把永磁无刷电动机的这种工作方式称为两相导通星形三相六状态运行。这是三相方波运行永磁无刷电动机最常用的一种工作方式。观察课件;正弦波驱动无刷电动机的工作原理

正弦波驱动要求电动机安装高分辨率位置反馈装置，能提供高分辨率和高精度的位置信息，以该位置信息能较精确接近产生正弦波，以强制提供正弦波相电流为特征的电子换相方法。三相绕组正弦波电流产生连续旋转磁场，与转子磁场作用，使电动机转子旋转。;观察课件（第四节）;输出电磁转矩Te为;1 无刷电机驱动作用及组成

在自动控制系统中，把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统，亦称伺服系统。伺服系统的作用在于接受来自上位控制装置的指令信号，驱动被控对象跟随指令运动，并保证动作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。一般较复杂自动控制系统的精度和速度等技术指标往往取决于其中所使用的伺服电动机控制系统。;系统组成方框图;开环运行方框图;转矩控制系统方框图;速度控制系统方框图;位置控制系统方框图;完整的控制系统方框图;伺服电动机;传感器;驱动器;功率变换;基本要求;2 功率变换（逆变技术）;逆变电路的基本工作原理;S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。;改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。改变两组开关切换时间长短

（PWM)，可改变输出交流电流大小和方向。;PWM控制技术;PWM控制的基本思想;“面积等效原理”;;若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。;;SPWM控制波的生成:正弦波—三角波调制、方波—三角波调制;在电压比较器的两个输入端分别输入正弦波参考电压和三角波电压，由于分别接至电压比较器的“-”和“+”输入端，显然当-<+时，A的输出为高电平，反之，当->+时，输出为低电平。与交点之间的距离决定了电压比较器输出电压脉冲的宽度，因而可得到幅值相等而脉冲宽度不等的SPWM波。

调制方法很多，目前用得最多的是正弦脉宽调制。还有空间电压矢量PWM、;为使伺服电动机具有伺服的性能，就是利用逆变技术，使伺服电动机绕组产生所需要的具有一定幅值和相位的电流波形，从而达到线性控制转矩的作用。在永磁无刷电动机中，采用三相全桥逆变电路。;三相全桥逆变电路;三相逆变器基本工作原理;如果 不变，而仅仅改变 ，由图可知，逆变器输出的三相交流电的频率也相应随之改变。如果仅改变三相正弦指令信号的幅值，输出的基波幅值也随之改变。逆变器的这种工作原理称之为正弦脉冲宽度调制（SPWM）工作原理。

如果改变三相正弦指令信号的相序，输出三相交流电压或电流的

相序也随之改变，因此，很容易改变伺服电动机的转向。

可采用电压控制方式，也可以采用电流控制方式。;SPWM工作原理的主要特征;逆变器的工作频率;泵升电压和死区;在伺服系统中，逆变器中的功率开关器件并不是理想的开关，存在导通的延时和关断的延时。为了保证逆变电路的安全工作，必须在同一相上、下两个桥臂开关器件的通断信号之间设置一段死区时间（或称时滞），即在上;智能功率模块;3 控制技术;电流反馈及控制器;一次被测电流多采用穿线式。将被测电机绕组线电流的导线由传感器模块中间的孔穿过（单匝或多匝）即可得到测量电流，其值额定值一般为100mA，通过采样电阻，可将电流转化为电压信号。当被测电流小时，可以通过增加一次穿线匝数提高测量精度。但同时需要注意，一次匝数增多后会降低响应速度。当一次接线由单匝增至两匝后，响应速度则由0.1μs增至1μs。