无刷直流电机的PWM调速
ON-PWM 模式调制方法示意图
华北电力大学 电机教研室
《电机学》
§25-2 无刷直流电机的工作原理

无刷直流电机的PWM调速
PWM-ON-PWM 模式调制方法示意图
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《电机学》
§25-2 无刷直流电机的工作原理

无刷直流电机的PWM调速
通过调整PWM的占空比，调节加在电机绕组上的 电压的大小，可以实现像直流电机一样调速性能。
Wb。
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《电机学》
§25-1永磁材料及其特性参数


永磁材料的特性参数
（2）磁通密度（B）
单位面积（S）上垂直通过的磁通量（Φ）叫做磁 通密度（B），B=Φ/S。 1T=1Wb/m2，1G=1Mx/cm2，1T=10000G
磁通密度（B）用特斯拉计（高斯计）测量。
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《电机学》
§25-2 无刷直流电机的工作原理
开通A管和Z管
ωt = 240°
电源U+ →V1→A+→C→V2→电源U-； (V1，V2,FAC-)
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§25-2 无刷直流电机的工作原理
开通B管和Z管
ωt =300°
电源U+ →V3→B+→C→V2→电源U-； (V2，V3,FBC-)
故 1000Oe=1kOe≈1000×80A/m=80kA/m。
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§25-1永磁材料及其特性参数

永磁材料的特性参数
（5）矫顽力（Hc）、Hcb 与Hci 的区别 永磁体经有效充磁后显示出磁性，磁通量从N 极 出来，回到S 极。在反向磁场(退磁场)的作用下永磁 体顽强地保持该磁性，直到在某一大小的反向磁场下
（7）居里温度（Tc） 每种永磁材料都有自己的居里温度。居里温度以 下，材料具有强磁性；在该温度以上，强磁性消失。 永磁体才制造出来时，是磁中性的，经过充磁，强磁
性才显示出来。经有效充磁的永磁体，只有经过热退
磁才能回到磁中性状态。
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§25-1永磁材料及其特性参数

永磁材料的特性参数
《电机学》
§25-1永磁材料及其特性参数


永磁材料的特性参数
（3）剩磁（Br 或Mr） 剩磁是简称，全称是“剩余磁感应强度”（Br）
。将永磁体放在电磁铁两极头之间夹紧，通过磁滞回 线测试仪测出退磁曲线，便得到该永磁体的剩磁，它
的单位与磁通密度相同。
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《电机学》
§25-1永磁材料及其特性参数
第二十五章
主要内容：
无刷直流电机
1、永磁材料及其特性参数 2、无刷直流电机及其工作原理 3、无刷直流电机的PWM调速
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《电机学》
§25-1永磁材料及其特性参数
1、永磁材料

铁磁材料磁化特性曲线
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§25-1永磁材料及其特性参数
1、永磁材料

永磁材料的去磁（退磁）曲线
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§25-1永磁材料及其特性参数

永磁材料的特性参数
（6）最大磁能积(BH)max
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§25-1永磁材料及其特性参数

永磁材料的特性参数
（6）最大磁能积(BH)max 最大磁能积单位分别是千焦耳/立方米（kJ/m3）和 兆高奥（MGOe）。 这两个单位之间的换算因子是100/4π=7.96。
直 流 电 源
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§25-2 无刷直流电机的工作原理
开通B管和X管
ωt = 0°
电源U+ →V3→B+→A→V4→电源U-； (V3，V4, FBA-)
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§25-2 无刷直流电机的工作原理
开通C管和X管
ωt = 60°
电源U+ →V5→C+→A→V4→电源U-； (V4，V5,FCA-)
永磁材料的去磁曲线表示永
磁材料被完全磁化后无外励
磁时的 B—H关系。
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§25-1永磁材料及其特性参数

永磁材料分类 常用的永磁材料有铝镍钴（AlniCo）、钡铁氧体 （Ba-Ferrite）和锶铁氧体（Sr-Ferrite）、钐钴 （SmCo 2∶17 型和SmCo 1∶5 型）和钕铁硼 （NdFeB），这是按发明的先后顺序排列的； 若按年产吨位排列则为：铁氧体、钕铁硼、铝镍 钴、钐钴；若按销售额排列则为：铁氧体和钕铁 硼并列第一，然后是钐钴、铝镍钴。
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§25-2 无刷直流电机的工作原理
开通B管和x管
ωt = 360°
电源U+ →V3→B+→A→V4→电源U-；(V3， V4,FBA-)
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§25-2 无刷直流电机的工作原理

无刷直流电机的功率和转矩
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即 1MGOe=(100/4π)kJ/m3，
故 100 kJ/m3÷7.96=12.56MGOe。
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《电机学》
§25-1永磁材料及其特性参数

永磁材料的特性参数
（6）最大磁能积(BH)max
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§25-1永磁材料及其特性参数

永磁材料的特性参数
§25-2 无刷直流电机的工作原理


无刷直流电机的PWM调速
直流电机的ห้องสมุดไป่ตู้WM调速
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《电机学》
§25-2 无刷直流电机的工作原理


无刷直流电机的PWM调速
直流电机的PWM调速
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§25-2 无刷直流电机的工作原理


无刷直流电机的PWM调速
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§25-2 无刷直流电机的工作原理


转子位置检测
霍尔位置传感器
霍尔效应
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§25-2 无刷直流电机的工作原理

无刷直流电机的工作原理
左侧的电源和整流 器由直流电源替代， 比如电动自行车或 电动摩托使用电池 作为电源。
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§25-2 无刷直流电机的工作原理
永磁电机广泛应用于数控机床、精密机器人、航
天、航海、高速列车牵引、电动汽车、电动自行车等 领域。 家电领域的冰箱、洗衣机、空调也在大量使用无 刷直流电机。
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§25-2 无刷直流电机的工作原理

无刷直流电机的构成
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§25-2 无刷直流电机的工作原理
（7）居里温度（Tc）
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§25-1永磁材料及其特性参数

永磁材料的特性参数
（8）可逆磁导率（μr ） 在动态电磁回路中需要知道B-H 退磁曲线的斜 率，称它为可逆磁导率（μr ）。
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§25-1永磁材料及其特性参数

永磁材料的应用
永磁材料应用于电机


永磁材料的特性参数
（3）剩磁（Br 或Mr） 铝镍钴的剩磁为0.8~1.4T(8000~14000G)，钡锶铁
氧体的剩磁为0.2~0.44T(2000~4400G)，钐钴2∶17 型 的剩磁为1~1.14T(10000~11400G)，钐钴1∶5 型的剩
磁为0.85~1.05T(8500~10500G) ， 钕铁硼的剩磁为
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§25-2 无刷直流电机的工作原理
开通C管和Y管
ωt = 120°
电源U+ →V5→C+→B→V6→电源U-； (V5，V6,FCB-)
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§25-2 无刷直流电机的工作原理
开通A管和Y管
ωt = 180°
电源U+ →V1→A+→B→V6→电源U-； (V6，V1,FAB-)
电励磁的同步电动机，定子绕组通入交流电流的 前后半个周期时间内，定子磁场对转子磁极的作用力
是相反的。产生的平均转矩为零，无法自起动。
正常的交流永磁电机也没有自起动能力。
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§25-2 无刷直流电机的工作原理


转子位置检测
光电编码器
增量式光电编码器
绝对式光电编码器
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稀土永磁材料的Hci 比Hcb 大很多，退磁曲线测
量到Hcb 时，被测的稀土永磁体几乎没有退磁；只有
测量到Hci 这一点时，稀土永磁体才退磁了。
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§25-1永磁材料及其特性参数

永磁材料的特性参数
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§25-1永磁材料及其特性参数

永磁材料的特性参数
直流电机的PWM调速
PWM的占空比：
。
调节开关的占空比，调节加在电机绕组上的平均电压 的大小，从而实现直流电机的调速。