永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究-答辩PPT.ppt
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1、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 DHarrison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。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
2、了长足的发展。,二 优点,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.,三 结构及运行原理,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。,表1 构成硬件电路的主要元器件,五 数学模型,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
3、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,Mab=Mbc=Mca;转子磁场为方波磁场(顶部宽度大于120o的梯形波)。,电压方程电磁转矩方程运动方程,图3 永磁无刷直流电动机的磁场,反电动势和相电流波形,六 仿真模型,在Matlab6.5Simulink环境下,在分析数学模型的基础上,提出了控制系统仿真模型的方法,系统设计框图如图7所示。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
4、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,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磁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。和,式中,八 结果分析,实验结果仿真结果解析计算结果,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、相电流波形,图10 L=0时的转速、转矩和相电流波形,3.故障仿真分析(1)A相一个功率管开路的波形,a)转速、转矩和相电流波形,b)相电流波形,(2)A相一个功率管短路波形,a)
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