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永磁無刷電動�
閱讀�4699時間�2016-09-19 09:42:01

與傳�(tǒng)的電勵磁電動�相比�永磁電動�特別是稀土永磁電動機具有�(jié)�(gòu)簡單、運行可�、體積小、質(zhì)量小、損耗少、效率高,以及電動機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著�(yōu)�,因為應(yīng)用范圍極為廣泛,幾乎遍及航空航天、國防、工�(nóng)�(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)��

�(jié)�(gòu)

永磁無刷電動機可以看做是一臺用電子換向裝置取代機械換向的直流電動機,直流無刷電動機主要由永磁電動機本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子換向電路組�。無論是�(jié)�(gòu)或控制方�,永磁直流無刷電動機與傳�(tǒng)的直流電動機都有很多相似之處:用裝有永磁體的�(zhuǎn)子取代有刷直流電動機的定子磁�;用具有多相繞組的定子取代電�;用由固�(tài)逆變器和軸位置檢測器組成的電子換向器取代機械換向器和電刷�

電動機本�

電動機本體和永磁同步電動機(PMSM)相�,轉(zhuǎn)子采用永磁磁�,目前多使用稀土永磁材料,但沒有籠式繞組和其他啟動裝置。其定子繞組采用交流繞組行駛,一般支撐多相(三相、四相或五相�,轉(zhuǎn)子由永磁鋼按一定極對數(shù)�2P=2,4,6…)組成。設(shè)計中要求在定子繞組中獲得頂寬�120°的梯形波,因此繞組行駛往往采用整距、集中或接近整距、集中的形式,以便保留磁密中的其他諧泀有刷直流電動機是依靠機械換向器將直流電流轉(zhuǎn)換位近似梯形波的交流電流供給電樞繞組,而無刷直流電動機是依靠電子換向器將方波電流按一定的相序逐次輸入到定子的各相電樞繞組中。當(dāng)無刷直流電動機定子繞組的某相通電�,該相電流產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子磁鐵所�(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,�(qū)動轉(zhuǎn)子旋�(zhuǎn)。位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁鐵位置變換成電信號去控制電子開關(guān)線路,從而使定子的各項繞組按一定的次序?qū)�?,使定子的相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按正確的次序換�。這樣才能讓電子磁場隨�(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)不斷地變�、產(chǎn)生于�(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步的旋轉(zhuǎn)磁場,并使定子磁場與�(zhuǎn)子的磁場始終保持90°左右的空間角,用�(zhuǎn)矩推動轉(zhuǎn)子旋�(zhuǎn)。由于電子開�(guān)線路的導(dǎo)通次序與�(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同�,起到機械換向器的換向作�,保證了電動機在運行過程中定子與�(zhuǎn)子的磁場始終保持基本垂直,以提高運行效率。所以無刷直流電動機就其基本�(jié)�(gòu)而言,可以人為是一臺由電子開關(guān)換相電流、永磁式同步電動機以及位置傳感器三者組成的“自同步電動機系�(tǒng)�,它在運行過程中不會失步。永磁無刷電動機BLDCM 的轉(zhuǎn)子結(jié)�(gòu)既有傳統(tǒng)的內(nèi)�(zhuǎn)子結(jié)�(gòu),又有今年來出現(xiàn)的額盤式�(jié)�(gòu)、外�(zhuǎn)子結(jié)�(gòu)和線性結(jié)�(gòu)等新型結(jié)�(gòu)形式,伴隨著新型永磁材料的實用化,電動機�(zhuǎn)子的�(jié)�(gòu)越來越多樣化,使電動汽車電機永磁無刷電動機BLDCM 正朝著高出力、高精度、微型化合耐環(huán)境等多種用途發(fā)��

�(zhuǎn)子位置傳感器

�(zhuǎn)子位置傳感器有光電式、磁敏式和電磁式三種類型�
采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機,在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件,轉(zhuǎn)子裝有遮光板,光源為�(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋�(zhuǎn)�,由于遮光板的作�,定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇發(fā)出脈沖信號�
磁敏式位置傳感器是指它的某些點闡述隨周圍磁場按一定規(guī)律變化的半導(dǎo)體敏感元�,其基本原理為霍爾效�(yīng)和磁阻效�(yīng)。磁敏元件的主要工作原理是電流的磁效�(yīng),主要是霍爾效應(yīng)。采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動�,其磁敏傳感器件(如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏三極管、磁敏電阻器�?qū)S眉呻娐罚┭b載定子組件上,用來檢測永磁體、轉(zhuǎn)子旋�(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場變化�
采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機,是在定子組件上安裝電磁傳感器部�,當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時,電磁效�(yīng)將使電磁傳感器長生高頻調(diào)制信號(其幅值隨�(zhuǎn)子位置的變化而變化)�
幾年來還出現(xiàn)了無位置傳感器的無刷直流電動�,磁中電動機利用定子繞組的反電動勢作為轉(zhuǎn)子磁鐵的位置信號,該信號檢出后,�(jīng)�(shù)字電路處�,送給邏輯開關(guān)電路去控制無刷直流電動機的換向。由于它省去了位置傳感器,使無刷電動機的�(jié)�(gòu)更加緊湊,所以應(yīng)用日趨廣��

電子換向�

電子換向電路由功率變換電路和控制電路兩大部分組成,它與位置傳感器相配合,控制電動機定子各相繞組的通電順序和時�,起到與機械換向類似的作用�
�(dāng)系統(tǒng)運行�,功率變換器接受控制電路的控制信息,使系�(tǒng)工作電源的功率以一定的邏輯�(guān)系分配給直流無刷電動機定子上的各相繞�,以便使電動機產(chǎn)生持�(xù)不斷的轉(zhuǎn)�。逆變器將直流電流�(zhuǎn)換成交流電流向電動機供電,與一般逆變器不�,它輸出頻率不是獨立�(diào)節(jié)的,而是受控于轉(zhuǎn)子位置信�,是一個“自控式逆變器”。永磁無刷電動機BLDCM 由于采用自控式逆變�,電動機輸入電流的頻率和電動機轉(zhuǎn)速始終保持同�,電動機和逆變器不會產(chǎn)生振蕩和失步,這也是永磁無刷電動機BLDCM 的顯著優(yōu)點之一�
電動汽車電機電動機各項繞組導(dǎo)通的順序和時間主要取決于來自位置傳感器的信號,但位置所�(chǎn)生的信號一般不能直接用來驅(qū)動功率變換器的功率開�(guān)元件,往往需要經(jīng)過控制電路進行邏輯處理、隔離放大后才能�(qū)動功率變換器的開�(guān)元件,往往需要經(jīng)過控制電路進行邏輯處理、隔離方法后才能�(qū)動功率變換器的開�(guān)元件。驅(qū)動空盒子電路的作用是將位置傳感器檢測到的�(zhuǎn)子位置信號進行處理,按一定的邏輯代碼輸出,去觸發(fā)功率開關(guān)��
永磁無刷直流電動機的工作原理
永磁無刷直流電動機的控制系統(tǒng)主要有永磁無刷直流電動機、直流電�、逆變器、位置傳感器和控制器幾部分組�,采用“三相六拍�120°方波型”驅(qū)��
永磁無刷直流電動機通過逆變器功率管按一定的�(guī)律導(dǎo)�、關(guān)�,使電動機定子電樞產(chǎn)生按60°電角度不斷前進的磁勢,帶動電動機�(zhuǎn)子旋�(zhuǎn)來實�(xiàn)�。分析如�5.21所�。圖a是理想條件下的電樞各相反電勢和電流,每個功率管�(dǎo)�120°電角�,互�60°電角度,�(dāng)功率管V3和V4�(dǎo)通時,電動機的V和—U(電流流進繞組方向為正向)相�(參考圖1)。定子電樞合成磁勢為圖b所示的Fa5;若功率管V3�(guān)�,功率管V5�(dǎo)�,此時電動機的W相和—U相通電,電樞合成磁勢變?yōu)镕a5,F(xiàn)a5 比Fa4順時針前進了60°電角�。由此可�,定子電樞產(chǎn)生的磁勢將隨著功率管有規(guī)律地不斷�(dǎo)通和�(guān)斷,并按60°電角度不斷地順時針轉(zhuǎn)�。逆變器功率管共有六種出發(fā)組合狀�(tài),每種出�(fā)組合狀�(tài)只有與確定的�(zhuǎn)子位置或�(fā)電動機波形相對應(yīng),才能產(chǎn)生的平均電磁�(zhuǎn)�。當(dāng)兩個磁勢向量的夾角�90°�,相互作用力。而電子電樞產(chǎn)生的磁勢是以60°電角度在前進,因此在每種出�(fā)模式�,轉(zhuǎn)子磁勢與定子磁勢的夾角在60°~120°范圍變化才能�(chǎn)生的平均電磁�(zhuǎn)�。如圖c所�,假如在t1時刻,轉(zhuǎn)子的此時Fj處于線圈U、X平面�(nèi),且使轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn),此時應(yīng)該導(dǎo)通功率管V5和V4,使定子的合成磁勢為Fa5與Fj的夾角成120°。轉(zhuǎn)子在Fa5與Fj相互作用�(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的作用下順時針旋轉(zhuǎn),到t3時刻Fa5與Fj的夾角成60°,此時關(guān)斷功率管V4,導(dǎo)通功率管V6,定子合成磁勢為Fa6,與Fj的夾角成120°,兩者產(chǎn)生的電磁�(zhuǎn)矩使�(zhuǎn)子進一步旋�(zhuǎn)�

專家系統(tǒng)智能控制

專家控制(Expert control)是智能控制的一個重要分支。專家控制的實質(zhì)是基于控制對象和控制�(guī)律各種知�,并以智能方式利用這些知識使控制系�(tǒng)盡可能優(yōu)化�
專家控制的基本思想是:自動控制理論+專家系統(tǒng)技�(shù)。自動控制系�(tǒng)中存在大量的啟發(fā)式邏�,這是因為工業(yè)控制對象及其�(huán)境的變化呈現(xiàn)出多樣�、非線性和不確定�,這些啟發(fā)式邏輯實際上是實�(xiàn)控制目標(biāo)的各種經(jīng)驗知�,難以用一般的�(shù)值形式描�,而適于用符號形式來表�,人工智能中的專家系�(tǒng)技�(shù)恰恰為這類�(jīng)驗知識提供了有效的表示和處理方法�
知識庫和推理機為專家系統(tǒng)的兩大要�,知識庫存儲某一專門�(lǐng)域的專家知識、條�,推理機制按照專家水平的問題求解方法�(diào)用知識庫中的知識條目進行推理、判斷和決策。專家系�(tǒng)與傳�(tǒng)自動控制理論的結(jié)�,形成了專家控制系統(tǒng),這類系統(tǒng)以模仿人類智能為基礎(chǔ),彌補了以數(shù)�(xué)模型為基�(chǔ)的控制系�(tǒng)的不��
目前專家控制的研究大致包括用于傳�(tǒng)PID控制和自適應(yīng)控制的專家控制和.基于模糊�(guī)則的控制方法�
模糊邏輯智能控制
模糊邏輯控制實質(zhì)上是利用計算機模擬人的模糊邏輯思維功能實現(xiàn)的一種數(shù)字反饋控制。人的思維具有模糊邏輯的特�,因此用計算機模擬人的模糊思維,即模糊概念、模糊判斷和模糊推理,就是模糊控制的思維科學(xué)基礎(chǔ),再和反饋控制理論相�(jié)合就可以實現(xiàn)模糊控制�
傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)�(shè)計中需要給出被控對象的精確模型。模型的不精確性及不確定性都會影響PID控制性能。相�,模糊控制不需要知道被控對象的精確模型,它是基于控制系�(tǒng)輸入/輸出�(shù)�(jù)因果�(guān)系的模糊推理控制�
模糊控制不是基于被控對象精確模型的控制方�,因此具有較強的魯棒�,其�(wěn)�(tài)精度可以通過引進智能積分等方法達到所要求的精�。此�,還可以將模糊邏輯推理和PID控制相結(jié)�,對PID控制參數(shù)進行自適�(yīng)�(diào)�,實�(xiàn)無靜�(tài)跟蹤伺服控制�
神經(jīng)�(wǎng)�(luò)智能控制
人工神經(jīng)�(wǎng)�(luò)是利用計算機模擬人類大腦神經(jīng)系統(tǒng)的聯(lián)接機制而設(shè)計的一種信息處理的�(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu),一般簡稱神�(jīng)�(wǎng)�(luò)(NN�。神�(jīng)�(wǎng)�(luò)中最基本單元是神�(jīng)細胞,簡稱神�(jīng)�。它是一種多輸入單輸出的信息處理單元,包括輸入處�、活化處理和輸出處理三個部�。從控制的觀點,神經(jīng)元模型由加權(quán)加法�、單輸入單輸出線性動�(tài)系統(tǒng)和靜�(tài)非線性函�(shù)所組成。它們模擬神�(jīng)細胞綜合處理信息的突變性和飽和性的非線性特��
神經(jīng)�(wǎng)�(luò)是由大量神經(jīng)元構(gòu)成網(wǎng)�(luò),能夠根�(jù)某種�(xué)�(xí)�(guī)�,通過�(diào)整神�(jīng)元之間的�(lián)接強度(�(quán)重)來不斷改進網(wǎng)�(luò)的逼近性能,即神經(jīng)�(wǎng)�(luò)具有非常強的非線性映射能�。正因為如此,神�(jīng)�(wǎng)�(luò)在智能控�、模式識�、故障診�、系�(tǒng)辯識等領(lǐng)域獲得了廣泛�(yīng)��
除了上述的專家系�(tǒng)、模糊伺服控制、神�(jīng)�(wǎng)�(luò)伺服控制策略�,還有遺傳算法等控制�

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