无刷直流电机的驱动及控制

精品文档---下载后可任意编辑James P. Johnson, Caterpiller 公司本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机（BLDC）的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采纳包含电枢绕组的沟通定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的，输入到 BLDC 定子绕组中的沟通电流必须与转子位置同步更变，以便保持磁场定向，或优化定子电流与转子磁通的相互作用，类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新进展的今日方可出现。BLDC电机控制是今日世界上进展最快的运动控制技术。可以预见，随着 BLDC 的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加，BLDC 必定会进一步广泛运用。2011-01-3023.1 BLDC 基本原理在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA 标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是：“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离，只要满足这一定义均为所指。” 图 23.1 无刷直流电机构形2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机，它们包括：1 永磁同步电机（PMSMs）；2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机；3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机；4 内嵌式磁铁无刷直流电机；5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机；6 轴向磁通无刷直流电机。图 23.1 给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的，其绕组如同其他沟通电机一样通常不是满距，或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电机的绕组也是这样。表面安装精品文档---下载后可任意编辑式磁铁无刷直流电机的反电势波形通常取决于磁铁的磁场取向。要获得正弦形反电势的一般方法是采纳磁铁的并联式磁化方向。而梯形反电势则采纳径向磁化方向。最一般的无刷直流电机形式是 4 极，类梯形反电势波形的表面安装磁铁电机。23.2 控制原理和控制策略一般的自同步无刷直流电动机逆变器和驱动的结构图如图 23.2 所示。图中所示之驱动系统通常较多用于电压源逆变器（VSI）。电压源逆变器的对应是电流源逆变器（CSI）。VSI 之所以较为广泛运用是因为其成本、重量、动态性能，以及易于控制均优于 CSI[1]。两种逆变器重量和成本的差异是由于 VSI 采纳电...