1、第3章 電動汽車用電動機(jī) (一)3.1 概述3.2 直流電動機(jī)3.3 無刷直流電動機(jī) 3.1 概述 它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。電動機(jī)能提供的功率范圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級。電動機(jī)的運用和控制非常方便，能滿足各種運轉(zhuǎn)要求；電動機(jī)的任務(wù)效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。 由于它的一系列優(yōu)點，所以在工農(nóng)業(yè)消費、交通運輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛運用。 1電動機(jī)的分類1按電動機(jī)任務(wù)電源分類直流電動機(jī)和交流電動機(jī)直流電動機(jī)又分為繞組勵磁式直流電動機(jī)和永磁式直流電動機(jī)交流電動機(jī)分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī)。 1電動機(jī)的分類2按構(gòu)造及任務(wù)原理分類直流電動機(jī)、異

2、步電動機(jī)和同步電動機(jī)直流電動機(jī)又分為無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)；異步電動機(jī)分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī)；同步電動機(jī)分為永磁同步電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)和磁滯同步電動機(jī) 1電動機(jī)的分類3按用途分類電動機(jī)按用途可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。4按轉(zhuǎn)子的構(gòu)造分類籠電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的構(gòu)造可分為籠型感應(yīng)電動機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)。5按運轉(zhuǎn)速度分類電動機(jī)按運轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機(jī)、低速電動機(jī)、恒速電動機(jī)、調(diào)速電動機(jī)。2. 電動機(jī)的額定目的電動機(jī)的額定目的主要包括：1額定功率額定功率是指額定運轉(zhuǎn)情況下軸端輸出的機(jī)械功率W或kW。2額定電壓額定電壓指外加于線端的電源線電壓V。2.電動機(jī)的額定目的3額定電流

3、額定電流是指電動機(jī)額定運轉(zhuǎn)額定電壓、額定輸出功率情況下電樞繞組或定子繞組的線電流A。4額定頻率額定頻率是指電動機(jī)額定運轉(zhuǎn)情況下電樞或定子側(cè)的頻率Hz。2.電動機(jī)的額定目的5額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速是指電動機(jī)額定運轉(zhuǎn)額定電壓、額定頻率、額定輸出功率的情況下，電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速r/min。2.電動機(jī)的額定目的當(dāng)電動機(jī)在額定運轉(zhuǎn)情況下輸出額定功率時，稱為滿載運轉(zhuǎn)，這時電動機(jī)的運轉(zhuǎn)性能、經(jīng)濟(jì)性及可靠性等均處于優(yōu)良形狀。輸出功率超越額定功率時稱為過載運轉(zhuǎn)，這時電動機(jī)的負(fù)載電流大于額定電流，將會引起電動機(jī)過熱，從而減少了電動機(jī)運用壽命，嚴(yán)重時甚至燒毀電動機(jī)。2.電動機(jī)的額定目的電動機(jī)的輸出功率小于額定功率時稱為輕載

4、運轉(zhuǎn)，輕載時電動機(jī)的效率和功率因數(shù)等運轉(zhuǎn)性能均較差，因此電動機(jī)應(yīng)盡量防止輕載運轉(zhuǎn)。3.電動汽車對電動機(jī)的要求 1在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運轉(zhuǎn)時具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足電動汽車起動和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以滿足電動汽車在平坦的路面可以高速行駛的要求；。2電動機(jī)應(yīng)具有瞬時功率大、帶負(fù)載啟動性能好、過載才干強(qiáng)，加速性能好，運用壽命長的特點；3.電動汽車對電動機(jī)的要求3電動機(jī)應(yīng)在整個運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，具有很高的效率，以提高一次充電的續(xù)駛里程； 4電動機(jī)應(yīng)可以在汽車減速時實現(xiàn)再生制動，將能量回收并反響給蓄電池，使得電動汽車具有最正確能量的利用率；5電動機(jī)應(yīng)可靠性好，可以在較惡劣的環(huán)境下長期任

5、務(wù)；3.電動汽車對電動機(jī)的要求6電動機(jī)應(yīng)體積小，分量輕，普通為工業(yè)用電動機(jī)的1/21/3；7電動機(jī)的構(gòu)造要簡單鞏固，適宜批量消費，便于運用和維護(hù)；8價錢廉價，從而可以減少整體電動汽車的價錢，提高性價比；9運轉(zhuǎn)時噪聲低，減少污染。3.2 直流電動機(jī) 在電動汽車所采用的直流電動機(jī)中，小功率電動機(jī)采用的是永磁式直流電動機(jī)，大功率電動機(jī)采用的是繞組勵磁式直流電動機(jī)。 繞組勵磁式直流電動機(jī)根據(jù)勵磁方式的不同，可分為他勵式、并勵式、串勵式和復(fù)勵式四種類型。1.直流電動機(jī)的分類1他勵式直流電動機(jī)他勵式直流電動機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組無銜接關(guān)系，而由其它直流電源對勵磁繞組供電。他勵直流電動機(jī)在運轉(zhuǎn)過程中勵磁磁場

6、穩(wěn)定而且容易控制，容易實現(xiàn)電動汽車的再生制動要求。1.直流電動機(jī)的分類2并勵直流電動機(jī)并勵直流電動機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，共用同一電源，性能與他勵直流電動機(jī)根本一樣。并勵繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵磁繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成，其匝數(shù)很多，因此具有較大的電阻，使得經(jīng)過它的勵磁電流較小。1.直流電動機(jī)的分類3串勵直流電動機(jī)串勵直流電動機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，這種直流電動機(jī)的勵磁電流就是電樞電流。這種電動機(jī)內(nèi)磁場隨著電樞電流的改動有顯著的變化。為了使勵磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，所以串勵直流電動機(jī)通常用較粗的導(dǎo)線繞成，它的匝數(shù)較少。1.直流電

7、動機(jī)的分類4復(fù)勵直流電動機(jī) 復(fù)勵直流電動機(jī)有并勵和串勵兩個勵磁繞組，電動機(jī)的磁通由兩個繞組內(nèi)的勵磁電流產(chǎn)生。假設(shè)串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向一樣稱為積復(fù)勵。假設(shè)兩個磁通勢方向相反，那么稱為差復(fù)勵。復(fù)勵直流電動機(jī)的永磁勵磁部分采用高磁性資料釹鐵硼，運轉(zhuǎn)效率高。各種鼓勵方式直流電動機(jī)的電路圖1.直流電動機(jī)的分類電動汽車所運用的直流電動機(jī)主要是他勵直流電動機(jī)、串勵直流電動機(jī)、復(fù)勵直流電動機(jī)三種類型。小功率100W10kW電動機(jī)采用的是小型高效的永磁直流電動機(jī)，可以運用在小型、低速的搬運設(shè)備上。 中等功率10100kW的電動機(jī)采用他勵、復(fù)勵或串勵式直流電動機(jī)，可以用于構(gòu)造簡單、轉(zhuǎn)矩要

8、求較大的電動貨車上。大功率100kW直流電動機(jī)采用串勵式，可用在要求低速、高轉(zhuǎn)矩的公用電動車上。2.直流電動機(jī)的構(gòu)造與特點 1 直流電動機(jī)的構(gòu)造直流電動機(jī)由定子與轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙稱為氣隙。1定子部分 主磁極 機(jī)座 換向極 電刷安裝2轉(zhuǎn)子部分 電樞鐵心 電樞繞組 換向器 直流電動機(jī)的構(gòu)造直流電動機(jī)的構(gòu)造2.直流電動機(jī)的構(gòu)造與特點2直流電動機(jī)的特點調(diào)速性能好：直流電動機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬；起動力矩大：可以均勻而經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)理，因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)理轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都可用直

9、流電動機(jī)拖動控制比較簡單：普通用斬波器控制，它具有高效率、控制靈敏、分量輕、體積小、呼應(yīng)快等優(yōu)點；2.直流電動機(jī)的構(gòu)造與特點由于存在電刷、換向器等易磨損器件，所以必需進(jìn)展定期維護(hù)或改換。電動汽車公用的直流電動機(jī)和其它通用的電動機(jī)相比，應(yīng)在耐高溫性、抗振動性、低損耗性、抗負(fù)載動搖性以及小型輕量化、免維護(hù)性等方面給予特殊思索。 除此之外，電動汽車用直流電動機(jī)大多在較低的電壓下驅(qū)動，同時是大電流電路，因此需求留意銜接接線的接觸電阻。3.直流電動機(jī)的任務(wù)原理4 .直流電動機(jī)的根本方程 (1)電樞繞組的感應(yīng)電動勢 直流電動機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動勢是指從一對正負(fù)電刷引出的電動勢，也稱電樞電動勢，可表示為 為

10、每極磁通量； 為電動勢常數(shù)，與電動機(jī)構(gòu)造有關(guān)。4 .直流電動機(jī)的根本方程(2)直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是指電樞上一切載流導(dǎo)體在磁場中受力所構(gòu)成的轉(zhuǎn)矩的總和。可表示為 式中， 為電磁轉(zhuǎn)矩； 為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，與電動機(jī)構(gòu)造有關(guān)。4 .直流電動機(jī)的根本方程(3)電壓方程式由他勵直流電動機(jī)的等效電路，得電樞回路的電壓方程為 其中 為互感 勵磁回路的電壓方程為4 .直流電動機(jī)的根本方程有以下結(jié)果：1對于永磁直流電動機(jī)， 2對于并勵直流電動機(jī)， 3對于串勵直流電動機(jī)， 4對于復(fù)勵直流電動機(jī)，其特性介于串勵和并 勵之間。4 .直流電動機(jī)的根本方程4轉(zhuǎn)矩方程式 電動機(jī)空載時，軸上輸出轉(zhuǎn)矩 ，那么有

11、。 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 ，軸上輸出有 ，電動機(jī)勻速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時有 式中， 為空載轉(zhuǎn)矩，它是由電動機(jī)的機(jī)械摩擦和鐵耗引起的轉(zhuǎn)矩； 為電磁轉(zhuǎn)矩，為拖動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩； 為總的制動轉(zhuǎn)矩，方向與相反。 電磁轉(zhuǎn)矩公式： 各種直流電動機(jī)的速度轉(zhuǎn)矩特性 各種直流電動機(jī)的速度轉(zhuǎn)矩特性 直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、電壓特性曲線5功率方程式他勵直流電動機(jī)輸入功率為 式中， 為輸入功率； 為電磁功率； 為電樞回路上的銅耗。5. 直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性 直流電動機(jī)的任務(wù)特性是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性和效率特性。直流電動機(jī)的機(jī)械特性是指在電源電壓恒定、勵磁調(diào)理電阻和電樞回路電阻不變的情況下，其轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，又稱為轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性

12、。5. 直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性 (1)并勵他勵直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性轉(zhuǎn)速特性并勵他勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性為式中， 為電動機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速； 為轉(zhuǎn)速調(diào)整率，由電樞電阻壓降引起，普通為38%。5. 直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性效率特性 轉(zhuǎn)矩特性電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性可表示為 aTeICTF= 5. 直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性直流電動機(jī)的效率具有普遍意義。電動機(jī)的額定效率是指電動機(jī)額定運轉(zhuǎn)時的效率。普通直流電動機(jī)的效率為75%85%。并勵直流電動機(jī)的任務(wù)特性如以下圖所示。 并勵直流電動機(jī)的任務(wù)特性5. 直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性機(jī)械特性 并勵他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性可表示為 式中， 為電樞回路外的串聯(lián)電阻。由上式可以得到并勵他勵

13、直流電動機(jī)的機(jī)械特性曲線，即改動電樞電壓、改動勵磁電流、改動電樞回路電阻時的機(jī)械特性曲線。5. 直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性 改動電樞電壓時的機(jī)械特性逐漸減小電源電壓時，理想空載轉(zhuǎn)速逐漸下降，但從空載到滿載轉(zhuǎn)速變化很小，這種特性稱為硬機(jī)械特性。5. 直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性改動勵磁電流時的機(jī)械特性逐漸減小勵磁電流時，理想空載轉(zhuǎn)速逐漸上升，曲線斜率逐漸增大，使特性變軟，電動機(jī)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性變差。過分“弱磁時，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速過高，甚至引起“飛車。5. 直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性改動電樞回路電阻時的機(jī)械特性當(dāng)電樞回路電阻從零逐漸開場增大時，機(jī)械特性曲線的斜率逐漸增大，使特性逐漸變軟，但電動機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速不變。5. 直流

14、電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性2串勵直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性 串勵直流電動機(jī)的特點是負(fù)載電流、電樞電流和勵磁電流是一個電流，氣隙主磁通隨電樞電流的變化而變化，同時對電動機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生較大影響。轉(zhuǎn)速特性 串勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性可表示為5. 直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性轉(zhuǎn)矩特性 串勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性可表示為串勵直流電動機(jī)的任務(wù)特性曲線如以下圖所示。從轉(zhuǎn)矩特性可以看出，當(dāng)負(fù)載添加時，串勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩快速添加，但與此同時轉(zhuǎn)速也快速下降，因此根本堅持了功率恒定。串勵直流電動機(jī)的任務(wù)特性曲線5. 直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性機(jī)械特性 串勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性可表示為由于串勵電動機(jī)的負(fù)載電流、電樞電流和勵磁電流相等，所以調(diào)理電源電壓或

15、電樞回路電阻的同時，勵磁電流也隨之變化。可以看出，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的添加迅速下降，這種特性稱為軟機(jī)械特性。改動電樞回路電阻時的機(jī)械特性改動電樞電壓時的機(jī)械特性5. 直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性 3復(fù)勵直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)特性復(fù)勵電動機(jī)既有并勵繞組，又有串勵繞組，因此其特性介于并勵電動機(jī)和串勵電動機(jī)之間。當(dāng)復(fù)勵電動機(jī)以并勵為主時，其特性接近于并勵電動機(jī)；當(dāng)復(fù)勵電動機(jī)以串勵為主時，其特性接近于串勵電動機(jī)。 6.直流電動機(jī)的控制1直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法電樞調(diào)壓控制 電樞調(diào)壓控制是指經(jīng)過改動電樞的端電壓來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。他勵電動機(jī)改動電樞端電壓時的轉(zhuǎn)速控制特性如以下圖所示。 改動電樞端電壓時的轉(zhuǎn)速控制特性6.直流電

16、動機(jī)的控制電樞調(diào)壓控制只適宜電動機(jī)基速以下的轉(zhuǎn)速控制，它可堅持電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電動機(jī)轉(zhuǎn)速近似與電樞端電壓成比例變化，所以稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。直流電動機(jī)采用電樞調(diào)壓控制可實如今廣大范圍內(nèi)的延續(xù)平滑的速度控制，調(diào)速比普通可達(dá)1:10，假設(shè)與磁場控制配合運用，調(diào)速比可達(dá)1:30。如今大、中容量的可控直流電源廣泛采用晶閘管可控整流電源，小容量那么采用電力晶體管的PWM控制電源，電動汽車用的直流電動機(jī)常用斬波控制器作為電樞調(diào)壓控制電源。6.直流電動機(jī)的控制磁場控制 磁場控制是指經(jīng)過調(diào)理直流電動機(jī)的勵磁電流改動每極磁通量，從而調(diào)理電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。他勵電動機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時磁場控制的轉(zhuǎn)速控制特性如以下圖。 磁

17、場控制只適宜電動機(jī)基數(shù)以上的控制。當(dāng)電樞電流不變時，具有恒功率調(diào)速特性。磁場控制效率高，但調(diào)速范圍小，普通不超越1:3，而且呼應(yīng)速度較慢。 磁場控制時的轉(zhuǎn)速控制特性6.直流電動機(jī)的控制電樞回路串電阻控制 電樞回路串電阻控制是指當(dāng)電動機(jī)的勵磁電流不變時，經(jīng)過改動電樞回路電阻來調(diào)理電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 這種控制方法的機(jī)械特性較軟，而且電動機(jī)運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，普通很少運用。對于小型串勵電動機(jī)，常采用電樞回路串電阻控制方式。 電樞回路串電阻時的轉(zhuǎn)速控制特性 6.直流電動機(jī)的控制2電動汽車用直流電動機(jī)控制器功能 直流電動機(jī)的控制方法和功能因運用條件不同而不同。下面以電動叉車為例，引見直流電動機(jī)控制器的功能。 電動叉

18、車普通采用串勵直流電動機(jī)，它的控制器所具有的功能可以分為非缺點性處置功能和缺點性處置功能。6.直流電動機(jī)的控制1正常前進(jìn) 2正常后退3快速起動4斜坡起動5無級變速6速度方式選擇 7反向制動功能 6.直流電動機(jī)的控制8空檔制動功能9緊急反向及其連線檢測10加速器類型選擇11過電壓和欠電壓維護(hù)12溫度維護(hù)13接觸器檢測 6.直流電動機(jī)的控制14高踏板缺點檢測15靜態(tài)斷開缺點檢測16 MOSFET驅(qū)動電路缺點17MOSFET晶體管缺點檢測 18通用型手持編程器3.3 無刷直流電動機(jī) 無刷直流電動機(jī)是用電子換向安裝替代了有刷直流電動機(jī)的機(jī)械換向安裝，保管了有刷直流電動機(jī)寬闊而平滑的優(yōu)良調(diào)速性能，抑制了

19、有刷直流電動機(jī)機(jī)械換向帶來的一系列的缺陷。1 .無刷直流電動機(jī)的分類 無刷直流電動機(jī)按照任務(wù)特性，可以分為具有直流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)和具有交流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)。(1)具有直流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī) 具有直流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)，反電動勢波形和供電電流波形都是矩形波，所以又稱為矩形波同步電動機(jī)。1 .無刷直流電動機(jī)的分類(2)具有交流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)具有交流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)，反電動勢波形和供電電流波形都是正弦波，所以又稱為正弦波同步電動機(jī)。 這類電動機(jī)也由直流電源供電，但經(jīng)過逆變器將直流電變換成交流電，然后去驅(qū)動普通的同步電動機(jī)。因此，它們具有同步

20、電動機(jī)的各種運轉(zhuǎn)特性。2 .無刷直流電動機(jī)構(gòu)造與特點 1無刷直流電動機(jī)的構(gòu)造 (1)電動機(jī)本體 (2)電子換相器 (3)位置傳感器2 .無刷直流電動機(jī)構(gòu)造與特點2無刷直流電動機(jī)的特點優(yōu)點：1外特性好；2可以在低、中、高寬速度范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)；3效率高；4過載才干強(qiáng)；2 .無刷直流電動機(jī)構(gòu)造與特點5再生制動效果好；6體積小、分量輕、比功率大；7無機(jī)械換向器，全封鎖式構(gòu)造，可靠性高；8控制系統(tǒng)比異步電動機(jī)簡單。 缺陷是電動機(jī)本身比交流電動機(jī)復(fù)雜，控制器比有刷直流電動機(jī)復(fù)雜。3. 無刷直流電動機(jī)的任務(wù)原理 利用電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號控制電子換向線路去驅(qū)動逆變器的功率開關(guān)器件，使電樞繞組依次饋電，從而

21、在定子上產(chǎn)生騰躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，拖動電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子位置傳感器又不斷送出位置信號，以不斷的改動電樞繞組的通電形狀，使得在某一磁極下導(dǎo)體中的電流方向堅持不變，這樣電動機(jī)就旋轉(zhuǎn)起來了。無刷直流電動機(jī)的任務(wù)原理圖4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型1相關(guān)物理量1電樞繞組感應(yīng)電動勢式中 ， 為氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度； 為導(dǎo)體有效長度； 為導(dǎo)體相對于磁場的線速度。導(dǎo)體相對于磁場的線速度為 式中， 為電動機(jī)轉(zhuǎn)速； 為電樞內(nèi)徑； 為極距； 為極對數(shù)。 4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型設(shè)電樞繞組每相串連匝數(shù)為 ，那么每相繞組的感應(yīng)電動勢為方波氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度對應(yīng)的每極磁通為式中， 為計算極弧系數(shù)。 那么

22、有每相繞組感應(yīng)電動勢為4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型電樞感應(yīng)電動勢為 式中， 為電動勢常數(shù)。4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型2.電樞電流 在每個導(dǎo)通時間內(nèi)，電壓平衡方程式為式中， 為電源電壓； 為開關(guān)管飽和壓降； 為每相繞組電流； 為每相繞組電阻。電樞電流為4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型 3電磁轉(zhuǎn)矩由兩相繞組的合成磁場與轉(zhuǎn)子永磁場相互作用而產(chǎn)生，那么 式中， 為電動機(jī)的角速度。 電磁轉(zhuǎn)矩為 式中， 為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型4轉(zhuǎn)速電動機(jī)轉(zhuǎn)速為由于無刷直流電動機(jī)的氣隙磁場、反電動勢以及電流是非正弦的，因此采用直交軸坐標(biāo)變換已不是有效的方法。4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型假設(shè)電動機(jī)定

23、子繞組為三項Y型接法，三相繞組完全對稱；轉(zhuǎn)子磁鋼的磁性能一致；三相反電動勢波形完全一致；三相定子繞組的電阻、電感一樣，且不受電流變化的影響；磁路不飽和，不計渦流損耗和磁滯損耗，不計定子斜槽的影響，不計電樞反響。4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型無刷直流電動機(jī)的等效電路如圖4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型2電壓方程三相繞組的電壓平衡方程式為 式中 ， ， 為定子相繞組電壓； ， ， 定子相繞組相電流； ， ， 為定子相繞組電動勢；為每相繞組的電阻； 為每相繞組的自感； 為每兩相繞組間的互感； 為微分算子 。4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型由于轉(zhuǎn)子磁阻不隨轉(zhuǎn)子位置變化而變化，因此定子繞組的自感和互感為常數(shù)

24、。當(dāng)三相繞組為Y銜接，且沒有中線，那么有并且由此得到電壓方程為4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型3電磁轉(zhuǎn)矩方程無刷直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程與普通直流電動機(jī)類似，其電磁轉(zhuǎn)矩大小與磁通和電流幅值成正比，即4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型為產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，要求定子電流為方波，反電動勢為梯形波，任何時辰定子繞組只需兩相導(dǎo)通，且每一相電流和反電動勢數(shù)值完全相等方向完全相反，那么電磁功率為式中， 為定子繞組各相電動勢的幅值； 為定子繞組各相電流的幅值。 4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型電磁轉(zhuǎn)矩又可寫成無刷直流電動機(jī)通電期間，帶電導(dǎo)體處于一樣的磁感應(yīng)強(qiáng)度下，電樞每相繞組的感應(yīng)電動勢為式中， 為電樞繞組每相串聯(lián)導(dǎo)

25、體數(shù)； 為電動勢系數(shù)。 4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型 因此，電磁轉(zhuǎn)矩可表示為式中， 為轉(zhuǎn)矩系數(shù)。 4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型4運動方程在忽略轉(zhuǎn)動時的粘滯系數(shù)的情況下，無刷直流電動機(jī)的運動方程可寫為式中， 為發(fā)動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩； 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 為電動機(jī)軸上轉(zhuǎn)動慣量的總和。4. 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型5機(jī)械特性無刷直流電動機(jī)的機(jī)械特性為無刷直流電動機(jī)與有刷直流電動機(jī)的機(jī)械特性類似，經(jīng)過調(diào)理電樞電流可以到達(dá)轉(zhuǎn)矩控制，同時經(jīng)過調(diào)理電源電壓可以實現(xiàn)無刷直流電動機(jī)的調(diào)速控制。5.無刷直流電動機(jī)的控制1無刷直流電動機(jī)的控制方法1有位置傳感器控制 有位置傳感器控制方法是指在無刷直流電動機(jī)定子上安裝位置傳

26、感器來檢測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中的位置，將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，為電子換相電路提供正確的換置信息。5.無刷直流電動機(jī)的控制2無位置傳感器控制 無位置傳感器控制，無需安裝傳感器，運用場所廣，相對于有位置傳感器方法有較大的優(yōu)勢，因此，無刷直流電動機(jī)的無位置傳感器控制近年來己成為研討的熱點。 5.無刷直流電動機(jī)的控制2無刷直流電動機(jī)的控制技術(shù)隨著電動機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)的開展，控制系統(tǒng)趨于智能化和數(shù)字化，使得許多較復(fù)雜的控制技術(shù)得以實現(xiàn)。目前，運用到無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)的控制技術(shù)主要有PID控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。5.無刷直流電動機(jī)的控制 1PID控制技術(shù)在古典控制實際中，運用最勝利的是PID控制。它是一種在工業(yè)消費中廣泛運用的常規(guī)控制算法，屬于線性控制。這種控制方式的最大優(yōu)點是構(gòu)造簡單，運用方便。傳統(tǒng)的無刷直流電動機(jī)調(diào)速通常采用PID控制，它算法簡單，參數(shù)調(diào)整方便具有較好的控制精度。5.無刷直流電動機(jī)的控制 2模糊控制技術(shù)所謂模糊控制，是指在控制方法上運用模糊集實際、模糊言語變量及模糊邏輯推理來模擬人的模糊思想方法，用計算機(jī)實現(xiàn)與操作者一樣的控制。模糊控制技術(shù)運用于無刷直流電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，可以抑制PID控制器在任務(wù)環(huán)境不穩(wěn)定，負(fù)載或參數(shù)變化時，控制效果不佳的問題