文章编号: 1006- 6705( 2001) 04- 0028- 03
收稿日期: 2001- 06- 08;
作者简介: 张建成( 1965- ) , 男, 河北 深县人, 华 北电力 大学副 教
授, 现在清华大学博士后流动站工作, 主要从事电力 系
统能量储存技术和电力电子应用技术研究等。
无刷直流电动机调速系统设计
张建成, 陈志业
( 华北电力大学 电力系, 河北 保定 071003)
Design of Brushless DC Electric Motor Speeder
ZHANG Jian- cheng, CH EN Zhi- ye
( North China Electric Pow er University, Bao ding 071003, China)
摘要: 介绍了无刷直 流电 动机( BL DCM ) 的基本结构, 从无
刷直流电动机数学模型出发分析了其调速运行的基本原
理, 讨论了 120 导通 型无刷 直流 电动机 的电 流换相 过程,
给出了采用脉宽调制( PW M ) 控制方 法进行 电流 控制的 基
本设计方案, 最后给出逆变器控制的电机三相导通时序关
系。
关键词: 无刷直流电动机; 调速系统; 逆变器; 脉宽调制
中图分类号: T M 351, T M 344 6 文献标识码: A
Abstr act: T he essential structure of the brushless DC electric
motor ( BL DCM) is introduced, and the speedgo ver ning prin
ciple of the BL DCM is der ived from its mathematical model in
t his paper. T he process of phase current commutation con
trolled by 120 degree inverter is discussed. T he basic design
project mastered w ith PWM method is proposed. In the end,
t he conductionsequence of t he motor s three phase is present
ed.
Key words: BL DCM ; speedgoverning system; inv erter;
PWM
目前, 可调速电动机的主要类型有直流电动
机、异步电动机和同步电动机 3 种。传统的直流电
动机调速性能很好, 但由于具有电刷和换向器, 使
用环境受到了限制, 特别是限制了它向高转速、高
电压和大容量方向的发展。鼠笼式异步电动机结
构简单、坚固耐用, 转动惯量小, 响应速度快, 可以
实现高电压、大容量和高转速运行。异步电动机和
通用变频器可组成恒定电压 ! ! ! 频率比的开环调
速系统, 可以满足绝大部分中小生产机械的一般调
速要求。但是, 异步电动机需要从定子侧励磁, 功
率因数较低, 使得调速系统所 用变频器的容量较
大。无刷直流电动机既具备交流电动机的结构简
单、运行可靠、维护方便等优点, 又具备直流电动机
的运行效率高、调速性能好、特别是无励磁损耗等
特点。因此, 在 容量不是太大的变速驱动系 统中
( 功率在 40 kW 以下) , 可以采用无刷直流电动机
和变频器相结合, 利用磁极位置检测信号和电流反
馈信号组成闭环控制系统, 即可以形成高效调速系
统。
1 无刷直流电动机的数学模型
无刷直流电动机为三相电动机, 其转子采用永
久磁铁制成, 材料大多采用稀土永磁材料如钐钴合
金和钕铁硼合金等。磁钢形状为瓦形, 经过特殊磁
路设计, 可以获得梯形波的气隙磁场。因此, 无刷
直流电动机又称为方波永磁电动机。电机定子采
用整距集中绕组, 由逆变器供给方波电流。其单相
气隙磁场、感应电动势和供电电流之间的关系如图
1 所示。由于感应电动势为梯形波, 含有较多的高
图 1 无刷直流电动机气隙磁场、感应
电动势和供电电流示意图
次谐波, 并且电动机的电感 为非线性, 所以 dq 坐
标变换理论已不适用, 应根据转子位置分段表示感
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电 力 情 报
IN FORM AT ION ON ELECT RIC PO WER
# 4
2001
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