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永磁无刷直流电机
永磁无刷直流电机
本质上，无刷直流电机是根据转子位置反 馈信息采用电子换相运行的交流永磁同步 电机，与有刷直流电机相比具有一系列优 势，近年得到了迅速发展，在许多领域的 竞争中不断取代直流有刷电机和异步电动 机。
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运动控制系统
哈尔滨理工大学自动化学院 主讲教师：许家忠
交流伺服系统
电机的种类及控制方法
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直流有 刷电机
控制 电路
功率驱 动
M
直流无刷电机 （带霍尔位置 传感器）
控制 电路
功率驱
动
M
Position signal/位置信号
直流无刷电机 （无位置传感 器）
控制 电路
功率驱 动
M
.
Position signal/位置信号
按照反电动势波形和驱动电流的波形，可以将永 磁同步电机分为方波驱动和正弦波驱动型。
前者就是我们常说的无刷直流电机，后者又称为 永磁同步交流伺服电机。
主要用于伺服控制的场合。
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永磁交流伺服电机
在交流伺服系统中，电动机的类型有永磁同步交 流伺服电机（PMSM）和感应异步交流伺服电机 （IM）。
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三、驱动部分
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三、驱动部分
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三、驱动部分
a b
c
Y形连接
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a b
c
形连接
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三、驱动部分
A+
VDC
B+
C+
A-
B-
C-
A
B’
C’
N
S
C
B
A’
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四.转子位置传感器
转子位置检测电路 永磁无刷电动机是一闭环的机电一体化
系统，它是通过转子磁极位置信号作为电 子开关线路的换相信号，因此，准确检测 转子位置，并根据转子位置及时对功率器 件进行切换，是无刷直流电动机正常运行 的关键。
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四.转子位置传感器
用位置传感器来作为转子的位置检测装置 是最直接有效的方法。一般将位置传感器 安装于转子的轴上，实现转子位置的实时 检测。
永磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实 现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效 率都很高，已经成为伺服系统的主流之选。
异步伺服电机虽然结构坚固、制造简单、价格低 廉，但是在特性上和效率上存在差距，只在大
功率场合得到重视。本文讨论的重点将放在永磁 同步交流伺服系统上。
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永磁无刷直流电机
直流有刷电机
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直流无刷电机
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永磁直流无刷伺服电机
Permanent Magnet Brushless DC Motors
一、问题的提出
直流电动机虽然具有优良的调速和起 动特性，但由于存在电刷和换向器，需要 经常性维护，并且会产生火花和电磁干扰， 限制了它的应用范围。
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三、驱动部分
驱动电路：驱动电路输出电功率，
驱动电动机的电枢绕组，并受控于控
制电路。驱动电路由大功率开关器件
组成。正是由于晶闸管的出现，直流
电动机才从有刷实现到无刷的飞跃。
但由于晶闸管是只具备控制接通，而
无自关断能力的半控性开关器件，其
开关频率较低，不能满足无刷直流电
动机性能的进一步提高。
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工作原理Biblioteka 22.12.2020h
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工作原理
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控制方法
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有刷控制器系统框图
霍尔转把 调速把手
PWM生成 /调制电路
预驱动电路
2E72G A
2E72G SSAC
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功率输出电路
直流有刷电机
最早的位置传感器是磁电式的，既笨重又 复杂，已被淘汰。
目前磁敏式的霍尔位置传感器广泛应用于 无刷直流电动机中，另外还有光电式的位 置传感器。
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四、转子位置传感器
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四、转子位置传感器
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工作原理
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工作原理
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交流伺服的行业应用
现代交流伺服系统最早被应用到宇航和军事领域， 比如火炮、雷达控制。
逐渐进入到工业领域和民用领域。工业应用主要包 括高精度数控机床、机器人和其他广义的数控机 械，比如纺织机械、印刷机械、包装机械、医疗设 备、半导体设备、邮政机械、冶金机械、自动化流 水线、各种专用设备等。
其中伺服用量最大的行业依次是：机床、食品包装、 纺织、电子半导体、塑料、印刷和橡胶机械，合计 超过75％。
M
2E72G SSAC
电池组
供电电 路
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电流采样
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调速的基本原理2
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三、驱动部分
随着电力电子技术的飞速发展，出现了全控 型的功率开关器件，其中有可关断晶体管 （GTO）、电力场效应晶体管 （MOSFET）、金属栅双极性晶体管IGBT 模块、集成门极换流晶闸管（IGCT）及近 年新开发的电子注入增强栅晶体管 （IEGT）。随着这些功率器件性能的不断 提高，相应的无刷电动机的驱动电路也获得 了飞速发展。
近年发展起来的无刷直流电动机就是为 了克服换向器和电刷的滑动接触而发展起 来的新型直流电动机。
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二、无刷直流电动机的工作原理
磁极静止，电枢旋转 直流有刷电机
根据左手定则，线圈在电磁转矩 作用下将按逆时针方向旋转 当载流导体转过180度后，借助电刷-换向
片改变导体中电流方向
多极
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二、无刷直流电动机的工作原理
无刷直流电动机原理
电枢静止，磁极旋
转，且磁极为永久磁
铁。
电枢绕组中电流
的换向是借助于转子
位置传感器和电子开
关线路来实现的。
所以，无刷直流电机
一般都是由电动机、位
置传感器和电子开关线
路三部分组成。
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二、无刷直流电动机的工作原理
交流电机
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控制 电路
功率驱 动
M
No position signal feedback/无位置信号反 馈
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方波 方波 正弦波
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伺服电机种类
直流有刷电机
直流无刷电机
交流伺服电机
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交流伺服电机
永磁无刷直流电机和永磁交流伺服电机都属于交 流永磁同步电机。