现代无刷直流永磁电动机的原理和设计.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：31.37M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

书名

版权

前言

绪论

第1章　无刷直流永磁电动机

1.1　无刷直流永磁电动机的工作原理

1.2　无刷直流永磁电动机的结构

1.3 电枢绕组的连接方式和电子换向（相）

1.3.1 电枢绕组的连接方式

1.3.2　电子换向（相）

1.4　分数槽电枢绕组

1.4.1　分数槽绕组的基本概念

1.4.2　分数槽绕组的对称条件

1.4.3　分数槽电枢绕组的连接方法

1.5　转子位置传感器（霍尔磁敏传感器）

1.5.1　霍尔器件的工作原理

1.5.2　霍尔器件的分类

1.5.3　霍尔器件的空间配置

1.5.4　霍尔转子位置传感器的制作

1.5.5　霍尔转子位置传感器在无刷直流永磁电动机中的工作情况

1.6　无刷直流永磁电动机的电枢反应

1.7　无刷直流永磁电动机的正反转

1.7.1　无刷直流永磁电动机正反转的原理

1.7.2　无刷直流永磁电动机实现正反转的方法

1.8　无刷直流永磁电动机的驱动控制实施例

1.9　无转子位置传感器的无刷直流永磁电动机

1.9.1　基本数学方程式

1.9.2　利用反电动势的过零点来测转子位置

1.9.3　自启动问题

1.9.4　无转子位置传感的无刷直流永磁电动机的基本框图

1.9.5　控制软件的基本结构

1.10　永磁体磁路系统的设计

1.10.1　永磁材料的基本特性

1.10.2　无刷直流永磁电动机的磁路结构与等效磁路图

1.10.3　磁铁工作图

1.10.4　含有永磁体的磁路计算的特点

1.11 电路系统的计算

1.11.1 电枢绕组和电子换相（向）电路形式的选择

1.11.2　基本计算公式的推导

1.11.3 电路参数wφ、rφ和qCU的计算

1.12　设计举例

第2章自控式永磁同步电动机（PMSM）

2.1　永磁同步电动机的典型结构

2.2　永磁同步电动机的典型等效磁路图

2.3　永磁同步电动机的电压平衡方程式和向量图

2.4　稳态电磁参数

2.5　永磁同步电动机的稳态运行性能

2.5.1　永磁同步电动机稳态运行时的主要技术经济指标

2.5.2　电动机运行状态与发电机运行状态之间的可逆转换

2.5.3　损耗和效率

2.6 自控式永磁同步电动机

2.6.1　基本工作原理

2.6.2　变流技术

2.6.3　正弦脉宽调制（SPWM）

2.6.4　空间矢量脉宽调制（SVPWM）

2.6.5　转子位置传感器（无接触式旋转变压器）

2.6.6 自控式永磁同步电动机的磁场取向控制

2.7 自控式永磁同步电动机的设计

2.7.1　定转子铁心结构的选择

2.7.2　主要材料的选用

2.7.3　不同充磁方法的考虑

2.7.4　主要尺寸的决定

2.7.5　永磁同步电动机经受到的最大去磁作用

2.7.6　相对单位坐标系内的永磁同步电动机的磁铁工作图

2.7.7　校验转子永磁体的尺寸

2.8　设计例题

第3章电动机的选用

3.1　驱动系统的稳态运行特性

3.1.1 电动机稳态运行时的基本电气方程式

3.1.2　电动机稳态运行时的机械特性

3.1.3　驱动系统的基本机械运动方程式

3.2　驱动系统的分析计算

3.2.1　惯量的计算

3.2.2　负载力矩和负载惯量的归算

3.2.3　五种典型的功率传输机构

3.2.4　负载惯量JL和电动机惯量JM的匹配

3.2.5　无刷直流永磁电动机和自控式永磁同步电动机的技术规格

3.2.6 电动机的估算实例

3.3　综合分析和比较

3.3.1　整体式电动机与分装式电动机的比较

3.3.2　内转子结构与外转子结构的比较

3.3.3　整体式控制器与分装式控制器的比较

3.3.4　不同逆变器的比较

3.3.5　不同控制方法（模式）的比较

3.3.6　开环控制与闭环控制的比较

3.3.7 二象限控制与四象限控制的比较

3.3.8　8-线无刷直流永磁电动机与2-线无刷直流永磁电动机的比较

3.3.9　无刷直流永磁电动机（BLDCM）与自控式永磁同步电动机（PMSM）的比较

3.3.10　无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比较

附录Ⅰ 常用物理单位换算

附录Ⅱ 常用软磁材料的特性曲线和参数

附录Ⅲ　永磁材料的特性曲线和参数

Ⅲ．1　铝镍钴永磁

Ⅲ．2　钐钴永磁体

Ⅲ．3　钕铁硼永磁材料

附录Ⅳ　电枢绕组的导线规格

附录Ⅴ　常用三角函数公式和平面几何定理

Ⅴ．1　三角函数公式

Ⅴ．2　平面几何定理

主要参考文献

••• 、，，呵， A • • 現代元刷直流心 • . 一永磁屯劫机 ....... • P • j • ~~~，的原理和波汁 ‘ r ~、、會 • r ﹒ 附金虎繡著

現代先刷直流永磁也劫机的原理和投汁什金虎繡著 .，..學必瓜品& 北京

向喜筒介本 4阿以磕本學拾分訢3句恢掘 • j}..].:程設汁和庄周的A!il ü IU 裳，此絞樣正是她抬述了主胸章流承磁也劫机和自控式永也同步咆劫帆的結絢特府、工作原理、基本概念和哎，十要成 . 在第 1 章巾著重分研 T 咆于換向(指Il和咆框繞組的串通順序分數糟發組iI}r:倍感iiI件的血}lj， Æ I'i于位1I'f'i更多囂的主刷直流永磁咆劫紙也極區陸的告磁作跡和以磁教工作國方基磁的咆磁計算，并側有設計例胞在第"賽中省軍分訢了永信向步咆劫机的韓念這行、金流螢朮、 E 弦波跡遍湖制 (SPWM ) 、空間矢設脈寬湖制 (SVPWM ) ，竟被蝕式能終受盛糟的~J座周、街區場取肉控制 (FQC) 、也經反恆的主磁作附和以棚"學位坐綜系內的訟，央工作間內套制的也值汁灘，井附有設計例題!企第 3 叢中著重分析了不同是劫形式下的負籤慣量和負載力矩的汁弊和自算方法、 JL紳典型關功率借翰机拘 l' 的咆劫凱仿算寶安悅和不同也劫帆特性的綜合分折和比綾 . 木材市供!I.司拉克刷直流永磁也劫凱瀾自控式永磁同步咆功凱的科研卉 :!1、技汁、制造欄斌和座用等領域的科級人員參考也可作方向等字設也凱和自劫控制符寺虫的本科生研究生和教師的自孝通，考明 . 圓司但在繭..自 ω l 肘，賣會現代主制直流永錢也劫机的阪護和設計"11ft金!l!績奪 -jt京 :科擎的版社， 2曲7 rSBN 978-7-03-0 19444-2 I 現 Ii 住肘。 UI. N 中間版本閻帶微口P 敏3的核字口曲"第故翩翩兮 *任紛轉:鞠蔚縛，責任鈍，才刻 A雪 .. *任印制品春晃晃，封面改外三品改汁 ... .:; !I: .... .... 山脈犯，來 .續"".時 16 fj- ..贊助研 l lX17!' ，，~伽..…p 叩 .....'P+l r 印倒科學也用車I"t行魯總街筋骨信使俯且， "'"年 8 月第一般 "'"年 s 月第一 "印駒 fIll!I:. 1-4 岫多于本 I 187X 1092 旬，學 I 20 112 芋，度， 489000 1116 定情 48 田先〈如有印餐后寶貴重何圖書畫社負責祠換〈盼通 )) 喲，師也濁。 1 0-62 1 36131 *曲，‘你咆濁。 1 ()'62 \3 89η.'.∞2 (BT08 >

前言木材所遁的現代主刷直流永磁也由机是摘自直流也源供屯的，或自直就屯盟軍娃娃鹽流后的宜流咆盟軍供咆的，井具有伶統直就屯胡机逼行性能閻王刷直流永磁屯胡机 ( BLDCM) 和自控式'*磁同步咆劫机 ( PMSM ). 近 30 年章，隨著永磁材料、被咆于器件、咆力咆于器件、實流投朮、咆 ~L技朮、甘算机拉木且其控制理甜的過步，現代主刷直流，j啥也站机得到了f巨大的ð1展，使之幢尸援地用于机床、制鐵軌騙、紡ffi机械、汽車、机器λ 、棍昕世盔、信息情扭机椒、計算飢外部世盔、匪，于器輯和車用咆器等體域，尤其在兵器、航海.航空和航天等高科技鑽域內，現代直流王刷永磁咆站都l 已成抽完成各科特歸功能的伺服 III珀机捕的輯，c"部件 . 本有共分 3 章 . 車 1 章 :主刷直就永磁屯葫机 ( BLDCM) . 本軍比較車繞地描述了，!;l制直流咆劫机的工作單理、輯于位置持感器租車聶元件的æ置、分數槽咆框繞盤.含有永磁休的磁時甘算、導畫畫磁路圓、永碰体的最佳工作車和磁敏工作園、屯桓反鹿和咆峙豆豆銳的計算，封不開呵隙磁場值J!i下的書數計算企式進行了推辱和世明，井附有兩令世計個題，以供參考 . *章是在 4 完刷直流屯珀訊) -'1\的基瞄土蝙穹的 . i主持是由區國、區園、制蠅、輛大和作者一起，在且揖多年岫永磁蝴和王刷直流屯胡机的科研工作的基咄上，于 1982 年編害而成~真格是3祖國第一本瞳述王刷直流永磁咆胡帆的考著〈科學出版社出"' ) . 在述去的二十余年里，直唱深受載有、科研和生戶等企事虛部刊的科拉人員的攻趟，車用強果里薯，起到了先早作用.現拇指車前斬材輯、新工宜、新結輯和新接來的具休盎展情況，作者在《王刷直流咆葫机》一祠的基甜上重新聾理編雪，耳目的最 z 一方面使內容更丹貼切，漪且龍者的要求.另一方面是神往年一起工作的同志的回位和組愈.第 2 ，輯:自控式永磁同步屯胡机 ( PMSM ) . 本章著重描述了永磁同步咆劫帆的典型結詢和這行机制、三相整流/逆聖器和隊軍湖制、鹽甜聖換和磁騙取向控制、主要尺寸的喃宜、等盤磁時間、相商學位壘掠聶內的磁跌工作團和主要害費生計算，并附有兩l'世汁例題，以供參考 . 第 3 章=咆功机的自用 . 本掌聲重描述了軍區胡草銳的基本這甜方程式、慣量汁算、直載價量和血載力矩的問算、几神典型的功率伶翰机捕和!ft載垣劫方式、咆站机的估算、各獎咆劫机的比較和逃用，以使用戶能合理地站用不同的咆胡机 z 同肘，希望咆前机和控制器世汁人且能更正曲地理解用戶提出的拉木要求，此而更告理地世汁和制造不間的咆功机，叫便更好地構且用戶的需求。本有附玉是有，物理單位接算、水磁材料的特性曲鏡和參暈、常用軟磁材料的特性關鏡和書聲、也框燒飽的早錢規梅、常用三曲函數企式和平面几何定理等，以供有其工程技木λ 員參考和造用 . 五六十年前，屯机、屯于、屯力待站和自劫控制等夸並基本上是各自祖立的孝科，每一 fl學科都有自己的考挫理龍、戶品、軍撞車、工「和F挫 . 隨著科孝按木的量彈和社金的監展，各 n宇科內部不斷地分化，各 fl 掌科之間且不斷地相互揖置和融合，于是便F生了喝多新的字科、新的F品和軒的戶並 . 盎然，新掌科、斬i'"品和新戶壘的戶生

• 11 • 現代五E制宜就永磁咆劫帆的原理和被 ~t 又過一步推胡了科孝技木的迪拉和社舍的監展.現代宜統主刷永磁 'n 胡 ~L就是連串中典聾的軒戶品之一，起咆軒l、也于、計算拉木和控制技木的有机站台，它們在陣式土且由屯劫机木体和控制器(音智能化軟件)兩部卦所組成 . )!;則兩者是相互依存、不可分割的統一体 .目前，在國內太多數放學研友和生戶主刷直流水碰咆胡~L ( BLDCM) 和自控式永磁同 w 屯胡机 (PMSM ) 的企事些單位且，技朮λ目的背主不甚告盟，往往出現述祥的情況分管也副教L本休的人品，珊控制器的工作原理不甚了解:而卦甘控制器的人員，沖f 咆曲 ~l本体的這行机如何、甚了解 o i車許机絢世宜、 λ且拭牽制工作理念F 草阻甜 TF品性能的提高、新戶品的汗宜和新 Flik的畫展.本λ li\年輕的工程技朮 λ 員，動司長動思，顧陸現代科技和經前社舍的虛廳，突破 IH 的昇限，建立新的件豆豆，在科學生驢和生F活功中創造成績 • 10 ，少金盎展作出貢獻. 近 10 年來，中間屯于科拉聾國企司第二十研究所前任所長韋梅林十卦重視王刷直流水磁也劫抗和自控式永磁同步屯胡凱的 :/ìN喔，具休領辱和組耳!了審理研究汗宜~ 作，取得了且薯的成績，此而 3句本特的撰耳創造了良姆的理陀利要踐的基岫 . 在撰有;1: 抽泣程中，我們遲得到了現任所任施過浩縛士的主杯和有力主持:在拉木上，得到了王軍祥、備回林、高主書、李定是李、何澄元、張東字、直泊、偉剛帶高級工程師的幫助 . 在具休論輯泣程中，得到了解湖、串串、揚雅草和姚琮等工程師的熱情相助，在此一井致謝. 在本祠的農寄過程中，除帳攝作者以事科研工作的收毅和學瞌外，注重參考了不少相吏的有緒和培主.風格述些有緒和世主攝入本括最后所附的參考主曲中，叫使盾看了解本有的終承和深入研究某些感揖趣的 l司題，同吋也袋示本人甜述些有籍和站主作者的真闡嘻謝. 本唱由主海交通大字畫個麟教授仔抽會闕，井提出了許多主貴的意且. 咕克、浪工盧大學陪水平教授封~稿的一些基本概宮、且休錯胸.內容把握帶方面提出了不少重貴的且醉，在此表示衷心的感謝 . 由于作者蚵缺水平和生毆所限，有中薄免有不盡之赴，恩情 i車者批師指正. 作者控制年 10 月于中因屯子科投集回公司鄒二十研究所

目素鹽泄一一八八刊…)戶刊刊刊軍 1 章主制宜jJI:永醋咆珀机 -, ...... ....-.. ..-,... .....-..... ,..., ........... .. ... .. .., .. ,. . .... .,. ... . 4 l.l 王刷直流水磁屯胡机的工作原理 …一… 一… 1. 2 克刷宜鴻章磁咆謬J机[的錯絢 1.3 屯框繞姐的連接方式和屯于揖 J~l (相) ...., ...,....... .., ., ..,........-..,.. ,.... ..,.,.. •..•. . ,. ." … 一一一一 4 一叫一九. .- 5 7 1.3 .1 也經繞怨的進接方式卜山 1.3.2 屯子絞肉(相〉叮叮 ..... ,. ,.... ., .........._- - ..•....... ,... ......, 1.4 分數槽屯恆繞組 1.4.1 分，設備鏡敏的基水概念一 1 .4 .2 分數稍緩姐的，.j詠象件一 1 .4.3 分數糟咆框繞姐的進接方法川八 1.5 特于位置作感器(置起昌盛敏恃蜻揖〉川寸寸 1.5.1 1<河、機件的 1 作廠頭一 1.5.2 種訊機件的分樂 1.5.3 l賣力i' B件的空 ri!J 1(;賞一一一 …一一一一… … 1.5.4 種方民銬子位置仿oBjit的制作川叫 “ 八一九 1.5.5 m:í、屑于位 11倍感器在完尉直流水磁也功訓中的工作僧況 1.6 至刷直就永磁屯i!lJ帆的咆框巨庇 1.7 王刷直流永碰咆i!lJ机的正反軒 1.7.1 王刷直就永磁也劫 ~l 正巨騁的版專 …… … 八一一 1.7.2 完刷血流永磁咆劫机其現正反李老的方法一一一……一一 1.8 王屆l 直流水磁屯胡机的班前控制;1;施例 L9 王特于位置持感器的主制直流水磁咆珀~L … …… 寸…一一 7 . 8 H 15 16 的 n " 24 27 28 J3 37 " 9137 3444 1. 9.1 基本費k竿方極其 … 一一 … 一一一叫一 1.9.2 利用反咆訓，擎的道零成朱測終于位賣戶一一叮叮一…… [.9.3 自廂劫肉@ 1.9.4 至屑于位置終是擎的先刷直流永磁也劫航的基本權關川 1， 9.5 按制軟件的基本結絢 “… 一叮一一 1.10 永磁体磁路軍統的世 rt … 1. \0.1 永磁材料的基本特性 h … 一 ……… h 戶刊 • . . - 1.l 0.2 瓷廠『直流永磁 I包功机的越路給掏勻帶錢6種路闖一 1. 10.3 位候工作圈 1.1 0.4 含有永磁你的磁跨祠，擎的特泉一一一一一叫一 47 ρ 49 54 “AummM SS 677 A3 5

. ". 現代丈潮直線永磁也劫凱的J!('望和設計 1. 11 咆路軍嗡的計算叭 " 一… 一一…一一…叫 1.11.1 也叡繞績和咆予接相〈向〉也侮形式的進步學 l.J 1.2 草本計算公叉的權等 1.11.3咆蜻參數 w~. r. 科 q凹的汁算八… … …一 u … … ………一 “戶 1.1 2 世汁離開一一一……一一一卜刊九川軍 2 章自控式承嗤同步咆珀机 ( PMSM ) 一…… 一九叮 2.1 永國同!l>咆前机的典皇結胸一一一 2 .2 永磁同 w 屯胡机的典型導瞳磁路圓 ……一… 一… 一→ 2.3 永磁岡!l>屯胡凱的屯區平衛方程式和向量囡 2.4 龍在屯磁書盤一… U 2 .5 永磁同直也胡風的跑車逗行性能一一… … 八叫 …… 卜 u 一…一一 … … ... 126 一 128 78 78 79 94 輛 122 123 124 135 135 '" 139 141 2.5.1 永種問步也劫飢是急念這行則的主要錢來鏡帶給飯一 2.5.2 咆劫机遠行收審勾愛咆說這行4長率之間的可避，考書長一一一… 一← 2.5.3 俱經爛鐵車叮叮…一… 一刊.-. . ... 刊刊 2.6 自控式泳磁同主張咆葫統一一一一一…一 ~ → 2 .6.1 基本工作原理一一一…→山 h 2.6.2 斐流鐘*刊 .... ..., .... ... ..•.. .... '...卅一心… …… 什川一 ………一九 142 144 2.6.3 .ìE強隊寬調制 (SPWM) …一一一 2.6.4空間矢裊jI寬明制 (SVPWM ) 2.6.5 特子位宣4毒感1II(王接她式旋轉受Æ!I) ..... .. ... .. ........ . 一 … 心叮八 . 一… 叫 .. ...........“ 一 ._, " 167 174 … 189 2 .6.6 自食式承訟伺 !p 咆劫帆的種渴取向控制盯叮叮一 2 .7 自控式永磁悶!l>咆劫帆的世汁 2.7.1 定精子核心緒夠的造捧 …… … 一叫一 2.7.2 主要材料的進周 u “ 2.7.3 不同充種方怯的考慮 ν ~… 一…一一一 2.7 .4 主要尺寸的決定十叫“一… 一… 一 2.7.5 永磁問玄學也劫机徑直到的最大套磁作用 .... . ........ .. .. 卜 h 一一一一 "'.-. ,-..- .. ,. 198 h 八…一……一叮卜.. .. .211 一 …一一… ~ 川山 “ 一… 211 214 215 2 16 只→ 卜， " .. . 216 2.7 .6 相約單位坐諒系內的水越同步咆劫飢的磁核工作間一一一 ……一…..._-_ . _. - 221 2.7.7 彼龜終于永當你的尺寸 “ ………一山 2.8 世計例題寸寸一一… 川 h 叮 2官 3 章咆劫帆的進用戶叮叮…一…… 叫川 U 3. 1 驢胡軍統的穗聶逞行特性刊卜 h ………… ...., 228 刊叮寸寸 232 255 255 叮戶…一 … 3. 1.l 也劫mll悉這行"的基本咆究方發丈 3.1.2 也劫机詣悉這行耐的机微特性刊寸…一… 一一 “一刊 ←山 3. 1. 3 盟劫系繞的基本机械這劫方雇主史 3.2 lI!胡軍統的分析計算一…… 八叫一一川一← h 一一一一一→ 255 256 …257 叮叮7 3.2. 1 價量的汁，草一一叮叮川 ν …… 一 … .......,. . .. . 257 3.2.2 負數力姬和負載個量的阻，叫一一……… … 3 .2.3 五科典型的功 '"伶繪訊街一一一一… 叫“ 259 2甜

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