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永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究-答辩PPT

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chap07永磁无刷直流电机精选PPT课件

chap07永磁无刷直流电机精选PPT课件

直流电动机的不足
解决措施：
电刷的磨损与维护； 机械式换向火花，限制了应用场合； 难以实现高速运行；
通过电力电子式逆变器完成直流到交流的转换； 通过转子位置传感器检测转子位置，完成换向片与电刷的作
用，以决定换流时刻； 考虑到实现的方便性，定、转子位置颠倒，组成反装式直流
电动机。
河南科技大学电信学院
3）再转过120度，C相导通。
河南科技大学电信学院
15
A相通电
Ff
Ff
Fa
7.永磁无刷直流电机
上述过程可以看成按一定顺序换相通
电的过程，或者磁场旋转的过程，定
子各相绕组在气隙中所形成的旋转磁
场是跳跃运动的，一周内有三种状态， 每种磁场状态持续120°，他们跟踪 转子并与转子的磁场相互作用，产生
驱使转子旋转的电磁转矩。
河南科技大学电信学院
21
7.永磁无刷直流电机
(T6、T1) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
H3 转子位置传感器
(T6、T1) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
河南科技大学电信学院
18
7.永磁无刷直流电机
(T6、T1) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T磁场。因此，所产生的电磁转矩为脉动转矩。
减小转矩脉动的方法是增加一周内的磁状态数，如二相导通六 状态。
河南科技大学电信学院
17
7.永磁无刷直流电机
➢二相导通星形六状态
V1
D1 V3
US
V4
V6
D4
D3 V5

永磁无刷直流电机调速系统的设计答辩PPT

永磁无刷直流电机调速系统的设计答辩PPT

LOGO
04 永磁直流无刷电机控制系统的软件设计
RS485部分软件设计
➢ 实现：
软件设计部分主要介绍了系统软件部分 的设计，包括RS485接口和看门狗电路的重 要性，以及其他常用的程序。虽然篇幅有限 ，但作者通过学习和研究，对软件设计有了 初步的了解，并学会了绘制程序设计图。这 个程序的设计为今后的工作和研究奠定了良 好的基础。
03
02永磁直流无刷电机的运行原理
位置检测方法
位置传感器用于检测永磁直流无刷电机转子的位置，常见的位置检测方法 包括磁式、光电式和霍尔单元式传感器，其中霍尔单元式传感器具有结构简单 、体积小、价格低廉和可靠性高等优点,因此用霍尔单元型位置传感器来检测电 机的转子位移是一个不错的方法。
04
03
硬件设计
调整占空比来控制电机的相电流，提高调速效果并压制电流波动。
02
运行原理
02永磁直流无刷电机的运行原理
简介
传统的直流电机存在电刷和换向器的问题，导致火花和易损坏 ，而交流电机没有这些问题，但缺乏直流电机的优势。因此，永磁 直流无刷电机的研究旨在兼具直流电机和交流电机的优势，实现高 响应、大起动转矩和宽调速范围。
汇报完毕，谢谢!
03永磁直流无刷电机控制系统的硬件设计
（永磁直流无刷电机的选择）
（永磁直流无刷电机的选择）
该设计阐述了基于PWM控制的 DC无刷电动机的原理性解释，选择 了SCE公司的23L97型直流无刷电动 机作为控制对象，采用调压调速方 法，并通过公式计算速度变化。
该系统选择了Motorola公司的 MPM3003作为驱动芯片，它具有稳定的 运行和过载保护功能，与电机和控制芯 片相融合，实现三相全调频驱动。
题目：永磁无刷直流电机调速系统的设计

永磁无刷直流电机矢量控制—答辩PPT课件

永磁无刷直流电机矢量控制—答辩PPT课件

嘀嗒定时器中断子程序
本系统利用嘀嗒定时器SysTick 校准固定值为9000,频率 设为18MHZ 每500us产生一个时基中断,外环速度控制间 隔为2ms,故需要产生四个时基中断才进入外环速度PI调 节程序，如果程序中需要改变速度环控制间隔时间,可以 设置频率和Delay_num配合进行调整，频率越大,可调间 隔精度越高；频率一定,调整Delay_num大小确定延时中 断时间，本系统所设嘀嗒定时器一个时基为500us,速度 环控制间隔时间为2ms,则Delay_num=3，
2、主程序设计
3、三角函数运算子程序设计
实际转子位置角为-180°到180°,对应-32768到32767，前述所建立的数据表只存放了对应0°到90°角度范围内离散的256个正弦函数值 实际值是正弦值乘以32766 ，首先需要确定实际位置角所处直角坐标系所属象限,从而确定是正向还是逆向从数据表找对应数值，查表部分程序流程图如左图所示，先对位置角作减32768 0到360 ° 间位置角减180° 的运算,将减后所得数左移16位,再右移22位,然后依据第9、第8位确定所属象限,再依据低8位确定查表索引值，流程图中θH=0、1、2、3分别对应第3、4、1、2象限，
1、基本原理分析
2、低调制区采样误差分析
a 低调制区域矢量空间图 b 非可测区域矢量空间图
c 低调制区域SVPWM波作用示意图
Tmin=td+ts+tr
T1/2和T2都可能小于Tmin
本文电流采样并非一定要求在非可测区域中,因电机感性绕组,电流不会发生突变,完全可以在除边界区外的中、高调制区进行电流采样,此时中、高调制区相邻非零电压矢量作用时间完全满足采样窗口所需时间，
当Trem＜0或T2＜Tmin时

永磁直流无刷电动机-PPT精选文档21页

永磁直流无刷电动机-PPT精选文档21页

Hunan University
Hunan University
Hunan University
• 定子各相绕组在位置检测器的控制下， 依次馈电
• 产生的电枢磁场和转动的转子永磁磁场 在空间能保持将近垂直
• 转子在一周内有三种磁状态，电磁转矩 有很大的脉动
2. 三相桥式
Hunan University
Hunan University
5-1 永磁无刷直流电动机原理
Hunan University
一、基本组成
永磁电机本体、转子位置检测器和功率电子开关
Hunan University
Hunan University
逆变器用于给电动机定子各相绕组在一定的时刻通以一定时间长 短的直流电流，以便与转子永磁磁场相互作用产生持续不断的 恒定转矩，各个功率器件的触发由转子位置监测器检测到University
Hunan University
三三通电方式
Hunan University
三、运行特性
Hunan University
n(Us K eUT)KeRKTTa
与并励直流电动机机械特性 相似，调压调速式永磁直流 无刷电动机的主要调速方式 通过对直流电源的PWM调制 来实现
位置检测装置
Hunan University
• 电磁式位置传感器 • 磁敏式位置传感器 • 光电式位置传感器
Hunan University
磁敏式位置传感器
Hunan University
磁敏式位置传感器
Hunan University
光电式位置传感器
二、运行原理
1.三相半桥
Hunan University
Hunan University

永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究

永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究

永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究一、本文概述本文旨在全面探讨永磁无刷直流电动机（Permanent Magnet Brushless DC Motor, PMBLDCM）的设计和仿真研究。

永磁无刷直流电动机作为现代电力驱动系统的关键组件，具有高效率、高功率密度、低噪音和低维护成本等诸多优点，因此在电动汽车、航空航天、家用电器等领域得到了广泛应用。

本文将从理论基础、设计原则、仿真方法、优化策略等多个方面，对永磁无刷直流电动机的设计和仿真进行深入研究。

本文将概述永磁无刷直流电动机的基本工作原理和结构特点，为后续的设计研究和仿真分析奠定理论基础。

接着，重点讨论电动机设计过程中的关键因素，包括绕组设计、磁路设计、热设计以及电磁兼容性设计等，并提出相应的设计原则和优化策略。

在此基础上，本文将探讨基于数值计算的仿真分析方法，包括有限元分析、电路仿真、热仿真等，以评估电动机的性能和可靠性。

本文将总结永磁无刷直流电动机设计和仿真研究的最新进展，展望未来的发展趋势和研究方向。

通过本文的研究，旨在为读者提供一套完整的永磁无刷直流电动机设计和仿真分析框架，为推动该领域的技术进步和应用发展做出贡献。

二、永磁无刷直流电动机的基本原理与特点永磁无刷直流电动机（Permanent Magnet Brushless DC Motor, PMBLDCM）是一种结合了直流电机与无刷电机技术的先进电动机类型。

其基本原理在于利用永久磁铁产生的恒定磁场作为电机的励磁场，并通过电子换向器实现电流的换向，从而实现电机的连续旋转。

这种设计消除了传统直流电机中的机械换向器和电刷，显著提高了电机的运行效率和可靠性。

高效率：由于消除了机械换向器和电刷，减少了能量损失和摩擦，使得PMBLDCM具有更高的运行效率。

高转矩密度：永磁体产生的恒定磁场使得电机在相同体积下能够产生更大的转矩。

良好的调速性能：通过电子换向器，可以实现对电机转速的精确控制，满足各种应用需求。

永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究答辩PPT

永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究答辩PPT
永磁无刷直流电动机的 设计和仿真研究答辩 PPT
2020/11/22
永磁无刷直流电动机的设计和仿真研 究答辩PPT
主要内容
• 发展状况和优点 • 控制系统的设计 • 数学模型和仿真模型 • 本体设计程序 • 结果分析 • 绕组电感的解析计算,及三相六状态下两两
接通方式下的星形接法和三角形接法下的 相电流波形
• 转子激磁结构确定
• 磁路设计
• 电路设计和转子位置 传感器设计
开始 输入额定数据
定子设计 转子设计 磁路计算 电路计算
电枢反应计算
过大
j 合适
性能计算
否
符 合
是
结束
永磁无刷直流电动机的设计和仿真研 究答辩PPT
八 电感的解析计算
本文运用气隙系数 来考虑齿槽影响，直接运用能量法 求出永无刷直流电动机相绕组的电感，给出了具体的电 感计算过程和计算结果。
行了对比。 • 推导出永磁无刷直流电动机相绕组的电感计算公式，并用此解析式得到第四
章中设计的永磁无刷直流电动机的相绕组电感；在星形连接的两两导通方式 下，分析计算得到计及绕组电感的永磁无刷直流电动机的平均电流稳态电路 模型。推导出了在三角形连接的两两导通方式下，计及绕组电感的相电流解 析式。
本课题虽然对永磁无刷直流电动机进行了研究，并得到了一定的结果， 但是由于时间的缘故，仍有一些工作需要进一步深入。如：控制策略所引起 的转矩脉动较大；采用无位置传感器控制策略；在电机磁场分析时，使用有 限元法等等。
为了简化分析，做出以下假设： • 钕铁硼永久磁铁的磁导率与空气的磁导率相同，
每相绕组的自感为一常数； • 不考虑齿槽效应和磁路饱和； • 忽略磁滞、涡流、集肤效应和温度对参数的影
响； • 三相定子绕组对称，Ra=Rb=Rc，La=Lb=Lc，

永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究

KEYWORD: PMBLDCM; simulation; design of motor; inductance calculation; performances calculation
II
浙江大学硕士学位论文
目录
目录
摘要·····································································································Ⅰ
1.1 永磁无刷直流电动机的发展概况······················································1 1.2 永磁无刷直流电动机的特性和运行原理···········································2
1.2.1 永磁无刷直流电动机的特性····················································2 1.2.2 永磁无刷直流电动机的结构················································3 1.2.3 永磁无刷直流电动机的工作原理···········································6 1.3 永磁无刷直流电动机的设计······················································7 1.4 永磁无刷直流电动机研究的主要问题··············································9 1.4.1 永磁无刷直流电动机控制策略的应用········································9 1.4.2 永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制问题··································11 1.5 本文的研究内容及结构安排···························································13 第二章 永磁无刷直流电动机的控制系统的开发···························14 2.1 控制系统的硬件设计··································································14 2.1.1 驱动及驱动保护模块···························································15 2.1.2 单片机 PIC16F877A 及外围电路············································16 2.2 控制系统的软件设计··································································17 2.2.1 软件整体控制结构······························································17 2.2.2 位置信号处理·····································································18 2.3 实验分析··················································································19

永磁无刷直流电机矢量控制—答辩PPT汇总32页PPT


332、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
永磁无刷直流电机矢量控制—答辩 PPT汇总
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。

混合动力电动汽车用永磁无刷直流电机设计与实现PPT课件


结合式(1)可得该回路的电压方程为
令i=iA=-iB；Ud=uA-uB，Ud为电池电压；eA-eB=2E，E为梯形波气
2021/5/20
隙磁场
15
第15页/共29页
4.1电动运行控制
对V6进行PWM控制，就可控制电流的平均值，从而控制平均电 磁转矩。这里分析了60°电角度的一个磁状态，对于其他五个磁状态 可同理分析。
2021/5/20
4
第4页/共29页
2 系统组成
2.1 组成及特点
混合动力电动汽车用稀土永磁无刷直流电机系统在基本构成的外 部形式上与普通无刷直流电机一样，主要由永磁电机本体、功率电子 换向控制器及转子位置传感器等组成。 但在工作方式的表现上两者 不同，前者是为了适应混合动力电动汽车的各种运行状态，除了能作 电动机运行输出动力外，还能作发电机运行输出电能，频繁地进行电 动和发电可逆工作。
➢电机重量：
16.7kg
➢控制器重量：
6.8kg（水冷）
2021/5/20
26
第26页/共29页
6 总结
通过试验验证，由本文论述的方法研制的混合动力电动汽车用稀土 永磁无刷直流电机不仅具有较高的重量比功率，而且集电动、发电及 制动功能于一体，在不改变电机结构和控制电路硬件的情况下，实现 了电动运行、发电运行及制动运行，适应了混合动力电动汽车驱动系 统的使用要求。
第7页/共29页
2.3 控制系统组成
永磁电机本体的定子为
三相绕组星形连接，控制系
统由功率主电路和主控板构
成，功率主电路是由IGBT大
功率模块构成三相逆变桥，
主控板是由电机控制专用的
DSP芯片TMS320F240及辅
助电路和驱动电路等组成，

直流无刷电动机控制系统设计论文答辩


8 7 6 5
D C4
1 2 3 4
x w v u
a b c d
8 7 6 5
+5 V
C8 20 0uf
C9 20 0uf
-5 V
C7 20 0uf
G ND 1
C 12 20 0uf
G ND 2
C6 20 0uf
G ND 3
C 11 20 0uf
G ND 4
C 15 20 0uf
C 16 20 0uf
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
M C LR /V PP
R B7 /P GD
R A0 /A N 0
R B6 /P GC
R A1 /A N 1
R B5
R A2 /A N 2 /VR EF -/C VR EF R B4
R A3 /A N 3 /VR EF +
O SC 1/CL K1
R D5 /P SP5
O SC 2/CL KO
R D4 /P SP4
R C0 /T 1 O SO /T 1 C K1 R C7 /R X /D T
R C1 /T 1 O SI/C C P2 R C6 /T X/C K
R C2 /C C P1
R C5 /S D0
R C3 /S CK /SC L R C4 /S DI/SD A
因此出现了直流无刷电动机。
返回
研究背景
发展状况
1、用整流管代替机械电刷 2、用晶体管换向线路代替机械电刷 3、稀土材料的发展 4、电力半导体器件飞速发展，如GTR、GTO、
MOSFET、IGBT等
返回
研究背景
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1. 实验结果分析
图6 位置传感器输出信号 图7 反电动势波形
图8 相电流的实验波形
表明了此控制系统的 正确性和有效性 .
2.仿真结果分析
图9 计及电感参数时转速、转矩、 图10 L=0时的转速、转矩和相电
相电流波形
流波形
3. 故障仿真分析
(1) A相一个功率管开路的波形
speed(rad/s)
0.351723
848
0.323893
532
0.323810
956
谐波次数
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 总电感
相绕组自感L （mH） 1.2666 0.1407 0.050664 0.025849 0.015637 0.010468
0.00749468 0.0056293 0.00438 0.0035085 1.53093
3
1
1.19116922 1.19093329
9
9
1.16171735
1.15979059 2
1.32068864
1.13112514 6
1.00862087 7
1.11795241
1.16969963 1.17001420
5
8
1.15982083 1.15919169
9
4
相绕组互感(mH) 空载时 负载时
torque(N.m)
speed(rad/s) 30 20 10 0 0.15 0.2 0.25 0t.o3rque(N.m0.)35 0.4 0.45 0.5 40 20 0 -20 0.15 0.2 0.25 0.c3urrent(A0).35 0.4 0.45 0.5 10
0
-10 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Time(s)
Ra
ia
ea
Lσ
eb
Q1 ib
ec
U
ic
Rc Q2
Lσ Lσ Lσ
Lσ
ia
ea
Lσ
eb
Lσ
Rb Q3 ib
ec
VD4 ic
Rc Q2
ia
ea
Lσ
eb
Lσ
Rb Q3 ib
ec
ic Rc
Q2
（a）AC导通模式 （b）AC导通到BC导通的换向模式 c）BC导通模式 图11 方波永磁无刷直流电动机运行模式图
每相参考 θ 电流
位置计算 W
无刷直 流电动
机
参考速度
Is
速度控制器 W
图4 PMBLDCM控制系统仿真建模组成框图
图5 Matlab/Simulink中PMBLDCM仿真建模整体控制框图
七 本体设计程序
采用磁路分析法设 计了一套永磁无刷直 流电动机的电磁设计 程序
• 总体方案确定
• 转子激磁结构确定
1978年,MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的 推出 ,是电子换向的永磁无刷直流电动机真正进 入实用阶段.
20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自 动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关 器件的发展，永磁无刷直流电动机得到了长足的 发展。
• 运行效率高 • 无励磁损耗 • 调速性能好 • 结构简单 • 运行可靠 • 维护方便
4E 3R

(Is

4E U 3R
t t2
)e
, t2

t

t3
U
0.35
0.4
0.45
0.5
Time(s)
current(A)
a）转速、转矩和相电流波形
C
B
A
40
20
0
-20
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
20
A
0
-20
-40
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
20
0
-20
-40
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Time(s)
b）相电流波形
(3) A相绕组短路的仿真波形
….
二 优点
三 结构及运行原理
T1
T3
T5
E
T4
T6
T2
驱动电路 控制电路
A B C
PS
直流电源
功率开关 位置信号处理
永 磁 电 机
位置传感器
图1永磁无刷直流电动机的结构原 理图
图2永磁无刷直流电动机的原理 框图
四 控制系统的建立
整个控制系统是实现永磁无刷直流电动机的稳定运行的核心环 节.主要包括开关主电路（逆变器）、驱动电路和控制电路。 本文设计了以Microchip Technology公司的PIC16F877A为核心部件 的控制系统。系统总体硬件框图如下图。
根据三相绕组电流 的对称性，可以导出 B相电流一个周期内的 电流波形的解析表达式
2U 2E 3R源自2E 2U 3Rt
e
,0

t

t1
U
2E 2R

(U 2E)(RIs U 2E) 2R(3RIs U 2E)
t t1
e
, t1

t

t2
U
-
-
0.351240 0.351723
192
848
0.350190
305
0.349439
263
-
-
0.321399 0.319727
03
862
0.291903
898
0.290555
167
-
-
0.295616 0.296787
789
64
0.319334
646
0.320675
512
0.351240
192
永磁无刷直流电动机的 设计和仿真研究
答辩人:孙晓霞 指导老师:吴建华教授
主要内容
• 发展状况和优点 • 控制系统的设计 • 数学模型和仿真模型 • 本体设计程序 • 结果分析 • 绕组电感的解析计算,及三相六状态下两两
接通方式下的星形接法和三角形接法下的 相电流波形
一 发展状况
1955年，美国 D·Harrison等人首次申请了应用 晶体管换向代替电动机机械换向器换向的专利， 这就是现代直流无刷电动机的雏形。


e a eb

uc 0 0 R ic M M L ic ec
• 电磁转矩方程
Tem
=
1 w
(eaia
+ebib
+ecic
)=
2EsIs w
• 运动方程
Tem
-TL
-Bw=J
dw dt
ea B
ea
Ia 210o 330o
九 两两导通方式下的星形接法
Q1 U
Q4
VD1 Q3
VD3 Q5
VD5
Ra
ia
Lσ
ea
VD4 Q6
VD6 Q2 VD2
ib
Rb
un
Lσ eb
ic Rc
ec
Lσ ec
两两导通三相六状态星形连接方波永磁无刷直流电动
机的整个运行过程，其运行模式可以分为换相和导通两种 运行模式，六种运行状态，即 AC→BC→BA→CA→CB→AB→AC。由电机运行模式的 周期性，仅以AC导通到BC导通的换相模式和BC导通模式 为例分析永磁无刷直流电动机的运行模式，如图9。
响； • 三相定子绕组对称，Ra=Rb=Rc，La=Lb=Lc，
Mab=Mbc=Mca； • 转子磁场为方波磁场（顶部宽度大于120o的梯
形波）。
• 电压方程
ua R
ub



0
0 R
0 0

i a ib



L M
M L
M M

p
i a ib
0 0
B
-10
0.2
0.25
0.3 curr0e.n3t5(A) 0.4
0.45
0.5
10
-10
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
10
current(A)
C
0 0
-10
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Time(s)
-10
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Time(s)
o 2
H ()2d

和
wm

1 2
Laaia2

Labiaib

1 2
Lbbib2
, M
Lab

1 2
Lsa

(kdp )2 cos( 2 )

3
L Laa Lsa

( kdp )2
式中
Lsa

4 2
o
lef pef
N2
八 结果分析
• 实验结果 • 仿真结果 • 解析计算结果
C
B
A
10
0
-10 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 40 20 0
-20 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 20 0
-20 -40