有刷直流电机

基于MATLAB／SIMULINK的无刷直流电动机系统仿真

0 引言

无刷直流电机（Brushless DC Motor，以下简称BLDCM），是随着电力电子技术和永磁材料的发展而逐渐成熟起来的一种新型电机。为了有效的减少控制系统的设计时间，验算各种控制算法，优化整个控制系统，有必要建立BLDCM控制系统仿真模型。本文在BLDCM数学模型的基础上，利用MATLAB的SIMULINK和S-FUNCTION建立BLDCM的仿真模型，并通过仿真结果验证其有效性。

1 无刷直流电机仿真模型

本文在MATLAB的SIMULINK的环境下，利用其丰富的模块库，在分析BLDCM数学模型的基础上，建立BLDCM控制系统仿真模型，系统结构框图如图1所示。

图1 无刷直流电机控制原理框图

以图1为基础，按照模块化建模的思想搭建的系统的仿真模型如图2所示。整个控制系统主要包括电动机本体模块、逆变器模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等。

图2 无刷直流电机控制系统仿真模型框图

1.1 电动机本体模块

在整个控制系统的仿真模型中，BLDCM本体模块是最重要的部分，该模块根据BLDCM电压方程求取BLDCM三相相电流，而要获得三相相电流信号ia，ib，ic必须首先求得

绘

述舫}瀚麟瀚

无刷直流电机控制技术综述郑,

吉王学普,

(浙江大学浙江杭州

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摘,

要介绍了无刷直流电机的转子位置检测的实现方,。

:

有效的方法利用传感器得到的不同位置信号经过门电路模拟开关或专用芯片就可以得到不同的触发逻辑信号实现触发状态的自动切换〔3川随着微处理器的应,,、

,

法并提出了各种控制策略分析了产生转矩脉动的各种原因及无位置传感器的无刷直流电机的多种起动办法:

关键词无刷直流电机转子位置检测无位置传感器转;

;

;

用也可以通过软件来进行切换、

,

。

无刷电机常用的位置。

矩脉动起动

;

中图分类号: T M 3 3文章编号 1 0 0 4A b sr t bu rs

:文献标识码 A

传感器有磁电感应式磁敏式和光电式,

磁电式位置传。

:

一

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一

感器既笨重又复杂所以在方波电机中早已被淘汰一n

磁

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AXUseries(CS)东方无刷直流电机

无刷直流电动机组合

结合轻薄·精巧与节省能源功能的机型

系列

AXUseries(CS)东方无刷直流电机

AXU系列

无刷直流电动机组合

2

AXUseries(CS)东方无刷直流电机

宽广的调速范围，可输出均匀的转矩。可实现4A功能。

FLAT转矩均匀从低速至高速都能保持一定的转矩。此外，通过新开发的控制方式可在100r/min~ 2000r/min的大范围转速间(速度比率1∶ 20)设定任意的速度。额定转矩转矩短时运行领域连续运行领域

EASY

连接简单，操作方便进行电动机与电源间的配线时，只要将连接器直接插上调速器后的插座中即可。同时也可以利用调速器的旋钮，轻易地设定电动机的转速。

转速[r/min]

500

1000

1500

2000

AND可由外部控制运转/停止、运转方向、瞬时停止等皆可以外部信号进行控制。外部控制信号调速器电动机

适用海外安全规格，并可对应世界电压符合UL/CSA规格认定，并执行自我宣告符合CE规格的行动(低电压指令)。以广泛的电压规格，对应世界主要国家的电压。●单相100V-115V:可对应日本、台湾、韩国、北美的电压。●单相200V-230V:可对应日本、台湾、韩国、中国、新加坡、北美、欧洲的

DC Machine

Implement separately excited DC machine (continuous and discrete blocks)

Library Machines Description

The DC Machine block and the Discrete DC Machine block (also in the Machines library) both implement a separately excited DC machine. The DC Machine block implements a continuous model, and the Discrete DC Machine block implements a discrete model. The following description applies to both blocks.

An access is provided to the field terminals (F+, F-) so that the machine model can be used as a shunt-connected or

直流电机

一、填空

1. 直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是 。 答：交流的。

2. ★★一台四极直流发电机采用单叠绕组，若取下一支或相邻的两支电刷，其电流和功

率 ，而电刷电压 。 答：减小，不变。

3. ★一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流If不变，当加上一恒定转矩的负载后，

发现电枢电流超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法 。串入电阻后，电动机的输入功率P1将 ，电枢电流Ia ，转速n将 ，电动机的效率η将 。 答：不行，不变，不变，下降，下降。

4. ★一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，

则稳定后电机的电流为 倍的额定电流（假设磁路不饱和）。 答：1.25倍。

5. 并励直流电动机，当电源反接时，其中Ia的方向 ，转速方向 。

答：反向，不变。

6. 直流发电机的电磁转矩是 转矩，直流电动机的电磁转矩是 转矩。 答：制动，驱动。

7. 一台串励直流电动机与一台并

2.2 无刷直流电机的数学模型

在本文中，以两极三相无刷直流电机为例来说明其数学建立模型的过程。电机定子绕组为Y型联接，转子采用内转子结构，3个霍尔元件在空间相互间隔120°对称放置。在此结构基础上，假设电机的磁路不饱和，不计涡流损耗、磁滞损耗及电枢反应；忽略齿槽效应；驱动系统中，整流逆变电路的功率管和续流二极管均为理想开关器件错误！未找到引用源。。 2.2.1 定子电压方程

由以上的假设条件，无刷直流电机每相绕组的相电压由电阻压降和绕组感应电势两部分组成，其定子电压平衡方程为

?Ua??Ra?U???0?b????Uc????00Rb00??ia??Lad?i???L0???b?dt?ba?Rc????ic???LcaLabLbLcbLac??ia??ea??i???e? Lbc???b??b?Lc????ic????ec?? (2-1)

式(2-1)中，ea、eb、ec为各相定子反电动势，ia、ib、ic为各相定子电流，Ua，

Ub，Uc为定子各相电压，Ra，Rb，Rc为定子各相绕组电阻，La，Lb，Lc为定子各相绕组自感，Lab，Lac，Lba，Lbc，Lca，Lcb为定子间各相绕组的互感，由于无刷直流电机的转子为永磁体。假设无刷直流电

东北石油大学本科生毕业设计（论文） 摘 要

无刷直流电机由于其结构简单，可靠性高等特点，广泛用于工业生产中。在过去的控制方法中，多采用传统的单闭环PID控制，然而由于建立无刷直流电机的数学模型比较复杂，固定参数的PID在控制性能上难以达到令人满意的效果。所以采用双闭环模糊PID控制方法提高电机的控制性能，成为当前工程技术人员和学者研究的热点。

首先，分析研究了无刷直流电机转速检测方法，通过比较具体分析确立反电动势检测法进行转子位置的检测，并对反电势法检测法的原理进行了分析。其次，重点分析了直流调速的控制方法，常规PID控制方法在控制非线性对象时，往往鲁棒性较差，难以满足高精度、快响应的控制要求，常常不能有效克服负载、模型参数的大范围变化以及非线性因素的影响。所以本文采用模糊PID控制方法，该方法能够在线调节PID参数，满足直流调速系统快速性、实时性的要求。最后，通过观察MATLAB仿真结果，并进行不同控制方式下电机转速波形之间的对比，证明模糊PID的优越性。

关键词: 无刷直流电机；反电势法测速；模糊PID；仿真

东北石油大学本科生毕业设计（论文）

ABSTRACT

Brushless DC motor due to its simpl

第二篇 直流电机

一、填空题：

1. 直流电机电枢导体中的电势是 电势，电刷间的电势是 电势。

2. 直流电机电枢绕组中流过的电流方向是___________的，产生电磁转矩的方向是___________的（填变化或不变）。 3. 直流电机的主磁路不饱和时，励磁磁动势主要消耗在________上。

4. 直流电机空载时气隙磁密的波形曲线为____________波。 5. 直流电机的磁化特性曲线是指电机空载时______________与______________之间的关系曲线。

6. 一台6极他励直流发电机，额定电流为150A，若采用单叠绕组，则电枢绕组的支路电流为 A，若采用单波绕组，则电枢绕组的支路电流为 A。

7. 一直流电机，Qu=S=K=22，2p=4，右行单叠绕组，绕组节距y=yK= ，y1= ， y2= 。

8. 一台四极直流电机，元件数为21，换向片数为____________，构成左行单波绕组，则合成节距为____________，第一节距为____________，并联支路数为______________。 9. 直

习题

2.1 直流发电机是如何发出直流电的？如果没有换向器，直流发电机能否发出直流电？ 2.2 直流电机有哪些励磁方式？各有何特点？不同的励磁方式下，负载电流、电枢电流与励磁电流有何关系？

2.3 什么是电机的可逆性？为什么说发电机作用和电动机作用同时存在于一台电机中？ 2.4 试述直流发电机和直流电动机主要额定参数的异同点。 2.5 直流电机由哪些主要部件组成？其作用如何？

2.6 一台Z2型直流电动机，额定功率为PN=160kW，额定电压UN=220V，额定效率?N=90%，额定转速nN=1500r/min，求该电机的额定电流。

2.7 一台Z2型直流发电机，额定功率为PN=145kW，额定电压UN=230V，额定转速

nN=1450r/min，求该发电机的额定电流。

2.8 一台直流发电机额定容量PN=180kW，额定电压UN=230V，额定转速nN＝1450r/min，额定效率?N=89.5%,求额定输入功率和额定电流。

2.9 一台四极直流电机，采用单叠绕组，问：

(1) 若取下一只或相邻两只电刷，电机是否可以工作？ (2) 若只用相对两只电刷，是否可以工作？ (3) 若有一磁极失去励磁将产生什么后果？

2.10 直流发电机和直流电动

直流电机原理

计算题

例题1、 一台并励直流发电机

PN=16kW, UN=230V,IN=69.6A,nN=1600r/min,电枢回路电阻

=150?,额定效率

Ra=0.128?,励磁回路电阻Rf?N=85.5%.试求额定工作状态下的励磁电流、

电枢电流、电枢电动势、电枢铜耗、输入功率、电磁功率。

解

IfNUN230===1.53A IaN=IN+IfN=69.6+1.53=71.13A Rf150Ra=230+71.13?0.128=239.1V

EaN=UN+IaN

2pcua=IaNRa=71.132?0.128=647.6W

EaNIaN=239.1?71.13=17kW

PN1616p输出功率1N=

?N=85.5?.5%=18.7kW

例题2、并励直流电动机PN=7.5kW,

UN=220V, IN=40.6A, nN=3000r/min,Ra=0.213?.额定励磁电流

IfN=0.683A,不计附加损耗，求电机工作在额定状态下的电枢电流、额定效率、输出转矩、电枢铜耗、励

磁铜耗、空载损耗、电磁功率、电磁转矩及空载转矩。

解：

Ia=IN-IfN=40.6-0.683=40A

UNIN=220?40.6=8932W

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