无刷直流电动机运行原理课件.pptx

1、2005/1/1电动车电气控制的主要任务电动车电气控制的主要任务电动车电气控制的主要任务电动车电气控制的主要任务电动车电气控制的主要任务电动车电气控制的主要任务 动力控制、管理(电池/控制器/电机/调速装置)照明/指示灯(转向灯/刹车灯)控制、管理 仪表控制、管理2005/1/1系统图片系统图片2005/1/1Position signal/位置信号Position signal/位置信号2005/1/1电机的种类及控制方法电机的种类及控制方法Brushed DC motor/有刷电机Hall sensor brushless DC motor/无刷电机（带霍尔位置传感器）Sensorless

2、 brushless DC motor/无刷电机（无位置传感器）AC induction motor(V/f control)/交流电机MMMMStator:WindingRotor:MagnetBrush and commutatorRotor:MagnetStator:WindingHall sensorRotor:MagnetStator:WindingRotor:WindingStator:Winding功率驱动控制电路No position signal feedback/无位置信号反馈2001/6/14功率驱动功率驱动Sine waveRectangular waveRectang

3、ular wave控制电路控制电路.控制电路功率驱动有刷直流电机的工作原理有刷直流电机的工作原理1电电机机转动转动的要素：的要素：1、正交磁、正交磁场场2、旋、旋转转磁磁场场3、换换相机构（机械相机构（机械换换相）相）2005/1/1fNSaTIa有刷直流电机的工作原理有刷直流电机的工作原理2 22005/1/1Rotor(Armature)WindingsaCommutatorIaArmature CurrentBrush有刷直流电机的工作原理有刷直流电机的工作原理3 32005/1/12005/1/1有刷直流电机的工作原理有刷直流电机的工作原理4 4CommutatorNSN S(1)Br

4、ush(3)+NSNS SNN S(2)(4)SNN S2001/5/25有有电电刷和刷和换换向器，机械方式向器，机械方式换换相相无刷直流电机的工作原理无刷直流电机的工作原理1电电机机转动转动的要素：的要素：1、正交磁、正交磁场场2、旋、旋转转磁磁场场3、换换相机构（相机构（电电子子换换相）相）2005/1/1无刷直流电机的工作原理无刷直流电机的工作原理2VDCA+A-B+B-C+C-NSAABBCC2005/1/1NSAABBCCNSAABBCCTNSNS无刷直流电机的工作原理无刷直流电机的工作原理32005/1/1无刷直流电机工作原理无刷直流电机工作原理4abcabcCzAxyB2005/

5、1/1M2HVHUHWUVW 霍 尔 传 感 器无无 换换 向向 器器 电电 机机 的的 直直 流流 电电 动动 机机 模模 型型2005/1/1无刷直流电机工作原理无刷直流电机工作原理5 5有转子位置检测，电子开关换相有转子位置检测，电子开关换相2001/8/1VUWVUWVUWVUWVUWVUW:Winding/Coil无刷电机的电气连接无刷电机的电气连接2005/1/1abcabcY Y形连接形连接形连接形连接电动车控制器的主要任务电动车控制器的主要任务/基本要求基本要求/工作原理工作原理主要任主要任务务：驱动电驱动电机机(向向电电机提供机提供动动力力)控制控制电电机的机的转转速速(调调

6、速速)提供提供辅辅助性功能：助性功能：速度信号速度信号/电电量信号量信号/过过流信号巡航控制流信号巡航控制/指示指示/基本要求基本要求:额额定工作定工作电压电压(24V/36V/48V)过过流控制流控制(限流限流保保护电护电机机/电电池池/控制器控制器)限速控制限速控制(安全要求安全要求)电电池低池低电压电压保保护护(保保护电护电池池)_ 刹刹车车断断电电(安全要求安全要求).2005/1/1调速的基本原理调速的基本原理1 1霍尔的基本工作原理霍尔的基本工作原理逻逻辑辑霍霍尔尔线线性性霍霍尔尔2005/1/1PWM 电 压 电 机 直 流 供 电 电 压 dVTT调速的基本原理调速的基本原理2

7、2005/1/1调压调速模式调压调速模式有刷控制器系统框图有刷控制器系统框图霍尔转把霍尔转把调速把手调速把手供电电路供电电路预驱动电路预驱动电路电流采样电流采样PWM生成生成/调制电路调制电路M功率输出电路功率输出电路2E72GA2E72GSSAC2E72GSSAC直流有刷电机直流有刷电机电池组电池组2005/1/1有刷控制器典型应用图有刷控制器典型应用图1 12005/1/11+11+1智能有刷控制器典型应用图智能有刷控制器典型应用图2 22005/1/1无刷控制器系统框图无刷控制器系统框图霍尔转把霍尔转把调速把手调速把手供电电路供电电路预驱动电路预驱动电路电流采样电流采样PWM生成生成/调

8、制电路调制电路M三相桥电路三相桥电路2E72GA2E72GSSAC译码电路译码电路2E72GSSAC2E72GSSAC三相直流无刷电机三相直流无刷电机位置信号反位置信号反馈馈电池组电池组2005/1/12005/1/1转子位置检测转子位置检测1 1VUW*:Connected inside the motor150330PDVPDUPDW:Hall sensor V*W USNPDUPDVPDW3090210270PDV PDU PDW Hall sensor output2001/8/20VdcOffGnd:Driving voltage of U,V,W:Terminal voltage

9、of U,V,Wby Induced electromotive forcePosition signal from U,V,W2005/1/1转子位置检测转子位置检测 2-2-Sensorless BLDCSensorless BLDC VdcVOFF(1)(2)(3)UWGndV(1)(2)(3)*:Connected inside the motor*VdcOffGnd0180360WNSUSN VdcOFFGnd*NS VdcOFFGnd*N SNSNS12024060300:Driving voltage of U,V,W2001/8/10:Terminal voltage of U

10、,V,Wby Induced electromotive force2005/1/1无刷控制器的译码及驱动无刷控制器的译码及驱动无刷电机控制器的译码及驱动 Hall sensor brushless DC motor/无刷无刷电电机机（带霍尔位置传感器）（带霍尔位置传感器）Sensorless brushless DC motor/无刷无刷电电机机（无位置传感器）（无位置传感器）2000/11/21U1,V1,W1,_U1,_V1,_W1U,V,WPDU,PDV,PDWM功率驱动控制电路DC2005/1/1无刷电机的译码无刷电机的译码/驱动时序图驱动时序图1 1（带位置传感器（带位置传感器/1

11、20/120度相位）度相位）2001/6/15Drive signal(Low active)U1_U1V1_V1W1_W1Position signalPDUPDVPDWPosition detectionCommutationSampling start 0 60 120 180 240 300 360 420degTerminal voltageUVW转子位置信号反馈电机相线端电压功率管驱动电压电机霍尔输出电压位置信号采样点2005/1/1无刷电机的译码无刷电机的译码/驱动时序图驱动时序图2（无位置传感器）无位置传感器）Position signal circuitU1,V1,W1,_U

12、1,_V1,_W1DC+-Ref.VU,V,WPDU,PDV,PDWM功率驱动控制电路RxRyDrive signal(Low active)U1_U1V1_V1W1_W1Terminal voltageUVWPosition signalPDUPDVPDWPosition detection-60 0 60 120 180 240 300 360 420degCommutationSampling start2001/6/14电机相线端电压功率管驱动电压电机反电动势输出电压位置信号采样点位置信号生成电路无刷控制器典型应用图无刷控制器典型应用图1 12005/1/1General BLDC M

13、otor Controller for Electronic Bicycle1+11+1智能无刷控制器典型应用图智能无刷控制器典型应用图2-12-12005/1/1Intelligent BLDC Motor Controller for Electronic Bicycle1+11+1智能无刷控制器典型应用图智能无刷控制器典型应用图2-22-22005/1/1Intelligent BLDC Motor Controller for Electronic Bicycle无刷控制器和无刷电机的匹配无刷控制器和无刷电机的匹配1 1电电机的机的电电角度角度:-(60/300;120/240)相序的

14、匹配相序的匹配正向运行正向运行逆向运行逆向运行Truth Table2005/1/1无刷控制器和无刷电机的匹配无刷控制器和无刷电机的匹配2 2霍尔为霍尔为60度相度相差的输入信号差的输入信号霍尔为霍尔为120度相度相差的输入信号差的输入信号2005/1/1无刷控制器和无刷电机的匹配无刷控制器和无刷电机的匹配3 3三相上桥三相上桥驱动信号驱动信号三相下桥三相下桥驱动信号驱动信号三相电机三相电机的相电流的相电流波形波形2005/1/1控制器的主要技术指标控制器的主要技术指标/测量方法测量方法(测量条件测量条件)电电源适源适应应性性(V)静静态态功耗功耗(mA)限流限流值值(A)电电池低池低电压电压

15、保保护护(欠欠压压保保护护)(V)接插件要求接插件要求外外观观要求要求堵堵转转保保护护(仅对仅对无刷控制器而言无刷控制器而言)(S)防水要求防水要求1:1助力功能助力功能(速度速度传传感器感器/力矩力矩传传感器感器)防防飞车飞车功能功能电电机短路保机短路保护护功能功能辅辅助功能助功能2005/1/1电机的输入输出特性曲线电机的输入输出特性曲线2005/1/1有刷系统和无刷系统的性能对比有刷系统和无刷系统的性能对比12005/1/1有刷电机模型直流无刷电机模型交流电机模型有刷系统和无刷系统的性能对比有刷系统和无刷系统的性能对比22005/1/1直流无刷系统的特点直流无刷系统的特点:有刷控制器电路

16、简单有刷控制器电路简单/性能相对稳定性能相对稳定/成本低成本低/装配和维修方便装配和维修方便有刷电机的换向器、电刷的工作寿命相对较低；有刷电机使用时的维护工有刷电机的换向器、电刷的工作寿命相对较低；有刷电机使用时的维护工作量及维护成本相对较高作量及维护成本相对较高有刷电机的工作效率较无刷电机略低有刷电机的工作效率较无刷电机略低有刷电机的工作特性较无刷电机略软（影响起步和爬坡特性）有刷电机的工作特性较无刷电机略软（影响起步和爬坡特性）低速直流有刷系统的特点低速直流有刷系统的特点:有刷控制器电路简单有刷控制器电路简单/性能相对稳定性能相对稳定/成本低成本低/装配和维修方便装配和维修方便低速有刷无齿

17、电机的换向器、电刷的工作寿命相对较低；有刷电机使用时低速有刷无齿电机的换向器、电刷的工作寿命相对较低；有刷电机使用时的维护工作量及维护成本相对较高的维护工作量及维护成本相对较高有刷电机的工作效率较无刷电机略低（影响续航里程）有刷电机的工作效率较无刷电机略低（影响续航里程）有刷电机的工作特性较无刷电机略软（影响起步和爬坡特性）有刷电机的工作特性较无刷电机略软（影响起步和爬坡特性）有刷有齿高速电机基本上能解决工作特性软的问题，但是代价是成本上升、有刷有齿高速电机基本上能解决工作特性软的问题，但是代价是成本上升、结构复杂、可靠性降低，对控制器的要求也较低速有刷电机的要高（特别结构复杂、可靠性降低，对

18、控制器的要求也较低速有刷电机的要高（特别是该类电机的变速机构因受成本、工艺和材料的制约，目前业内尚无理想是该类电机的变速机构因受成本、工艺和材料的制约，目前业内尚无理想的解决方案）的解决方案）有刷系统和无刷系统的性能对比有刷系统和无刷系统的性能对比32005/1/1低速直流无刷系统的特点低速直流无刷系统的特点:低速无刷无齿电机无换向器、电刷机构，工作寿命相对较高；使用时的维低速无刷无齿电机无换向器、电刷机构，工作寿命相对较高；使用时的维护工作量及维护成本相对较低护工作量及维护成本相对较低无刷电机的工作效率较有刷电机略高（额定工作电流小、续航里程长）无刷电机的工作效率较有刷电机略高（额定工作电流

19、小、续航里程长）无刷电机的工作特性较有刷电机略硬（起步和爬坡特性好）无刷电机的工作特性较有刷电机略硬（起步和爬坡特性好）无刷控制器电路较有刷控制器复杂无刷控制器电路较有刷控制器复杂/成本高成本高/对装配和维修人员要求高对装配和维修人员要求高/故障率故障率较有刷控制器高较有刷控制器高无刷有齿高速电机能进一步降低额定工作电流、提高续航里程，但是代价无刷有齿高速电机能进一步降低额定工作电流、提高续航里程，但是代价是成本上升、结构复杂、可靠性降低，对控制器的要求也较低速无刷电机是成本上升、结构复杂、可靠性降低，对控制器的要求也较低速无刷电机的要高（特别是该类电机的变速机构因受成本、工艺和材料的制约，目

20、前的要高（特别是该类电机的变速机构因受成本、工艺和材料的制约，目前业内尚无理想的解决方案）业内尚无理想的解决方案）有刷系统和无刷系统的性能对比有刷系统和无刷系统的性能对比42005/1/1控制器常见故障的判断控制器常见故障的判断(整车维修整车维修)1.1.控制器能否正常接入系统控制器能否正常接入系统2.2.给控制器供电的电池是否正常给控制器供电的电池是否正常(用万用表检测用万用表检测)3.3.控制器是否功率管损坏控制器是否功率管损坏(用万用表检测用万用表检测)4.4.控制器向其它部件的供电电源是否正常控制器向其它部件的供电电源是否正常(用万用表检测用万用表检测)5.5.调速把手调速把手/刹把是

21、否工作正常刹把是否工作正常(用万用表检测用万用表检测)6.6.电机霍尔信号是否正常电机霍尔信号是否正常(60/120(60/120度的判断方法度的判断方法)()(用万用表检测用万用表检测)7.7.1+11+1助力传感器是否工作正常助力传感器是否工作正常(用万用表检测用万用表检测)2005/1/1MOSFETMOSFET的驱动波形图的驱动波形图1 12005/1/1MOSFETMOSFET的驱动波形图的驱动波形图2 22005/1/1中天科技控制器内部视图中天科技控制器内部视图1 12005/1/1Model:263/264中天科技控制器内部视图中天科技控制器内部视图2 22005/1/1Mod

22、el:802中天科技控制器内部视图中天科技控制器内部视图3 32005/1/1Model:463中天科技控制器内部视图中天科技控制器内部视图4 42005/1/1Model:463中天科技控制器内部视图中天科技控制器内部视图5 52005/1/1Model:263/264中天科技控制器内部视图中天科技控制器内部视图62005/1/1Model:263/264中天科技控制器内部视图中天科技控制器内部视图7 72005/1/1Model:802产品外形产品外形1 1Model 801产品外形产品外形2 2Model 463产品外形产品外形3 3Model 802中天科技主要合作伙伴中天科技主要合作

23、伙伴(原材料供应商原材料供应商)2005/1/1控制器用主要原材料控制器用主要原材料2005/1/1Added Value Service增值服务：增值服务：可根据客户的特殊要求更改设计可根据客户的特殊要求更改设计/或重新定制（包括硬件和软件）或重新定制（包括硬件和软件）可为客户提供整车匹配试验服务（以使控制器和电机达到最佳匹配、可为客户提供整车匹配试验服务（以使控制器和电机达到最佳匹配、优化整车的性能）优化整车的性能）可为客户定制各种智能显示面板可为客户定制各种智能显示面板提供现场技术服务和技术咨询提供现场技术服务和技术咨询快速准时的交货快速准时的交货真诚的质量真诚的质量/服务承诺服务承诺2

24、005/1/1供应商供应商/制造商制造商/用户用户:Win-Win-Win:Win-Win-Win赢赢-赢赢-赢赢（Win-Win-WinWin-Win-Win）中天科技中天科技电机厂电机厂/电动车厂电动车厂市场市场/客户客户完善的市场信息完善的市场信息/质量信息反馈体系（质量信息反馈体系（Information）、）、强大的技术梯队、快速应变的能力（强大的技术梯队、快速应变的能力（Human resource）、）、三方的紧密协作（三方的紧密协作（Term Work）、认真的工作态度）、认真的工作态度（Responsibility）2005/1/1Strategic Partner2005/

25、1/1策略联盟策略联盟（Strategic Partnership）强强联手、优势互补强强联手、优势互补We will try our best to support you!2005/1/1 ZhongTian deals you winning cards.ZhongTian deals you winning cards.Dont Gamble with Success!Dont Gamble with Success!Have Confidence in Our Cooperation2005/1/1Success非常感谢非常感谢大家一年中给予我大家一年中给予我们们的帮助和支持的帮助和

26、支持，并期待新的一年与您更多的合作并期待新的一年与您更多的合作、并享受并享受更愉快的经历更愉快的经历。New YearThank you Very Much!Happy New Year!2005/1/1江苏省中天电动车科技发展有限公司江苏省中天电动车科技发展有限公司2005/1/1无刷电机的电气连接无刷电机的电气连接2005/1/1abcabcY Y形连接形连接形连接形连接电动车控制器的主要任务电动车控制器的主要任务/基本要求基本要求/工作原理工作原理主要任主要任务务：驱动电驱动电机机(向向电电机提供机提供动动力力)控制控制电电机的机的转转速速(调调速速)提供提供辅辅助性功能：助性功能：速度

27、信号速度信号/电电量信号量信号/过过流信号巡航控制流信号巡航控制/指示指示/基本要求基本要求:额额定工作定工作电压电压(24V/36V/48V)过过流控制流控制(限流限流保保护电护电机机/电电池池/控制器控制器)限速控制限速控制(安全要求安全要求)电电池低池低电压电压保保护护(保保护电护电池池)_ 刹刹车车断断电电(安全要求安全要求).2005/1/1U1,V1,W1,_U1,_V1,_W1U,V,WPDU,PDV,PDWM功率驱动控制电路DC2005/1/1无刷电机的译码无刷电机的译码/驱动时序图驱动时序图1 1（带位置传感器（带位置传感器/120/120度相位）度相位）2001/6/15D

28、rive signal(Low active)U1_U1V1_V1W1_W1Position signalPDUPDVPDWPosition detectionCommutationSampling start 0 60 120 180 240 300 360 420degTerminal voltageUVW转子位置信号反馈电机相线端电压功率管驱动电压电机霍尔输出电压位置信号采样点2005/1/1无刷电机的译码无刷电机的译码/驱动时序图驱动时序图2（无位置传感器）无位置传感器）Position signal circuitU1,V1,W1,_U1,_V1,_W1DC+-Ref.VU,V,WP

29、DU,PDV,PDWM功率驱动控制电路RxRyDrive signal(Low active)U1_U1V1_V1W1_W1Terminal voltageUVWPosition signalPDUPDVPDWPosition detection-60 0 60 120 180 240 300 360 420degCommutationSampling start2001/6/14电机相线端电压功率管驱动电压电机反电动势输出电压位置信号采样点位置信号生成电路无刷控制器和无刷电机的匹配无刷控制器和无刷电机的匹配3 3三相上桥三相上桥驱动信号驱动信号三相下桥三相下桥驱动信号驱动信号三相电机三相电机

30、的相电流的相电流波形波形2005/1/1中天科技控制器内部视图中天科技控制器内部视图62005/1/1Model:263/264产品外形产品外形1 1Model 801Added Value Service增值服务：增值服务：可根据客户的特殊要求更改设计可根据客户的特殊要求更改设计/或重新定制（包括硬件和软件）或重新定制（包括硬件和软件）可为客户提供整车匹配试验服务（以使控制器和电机达到最佳匹配、可为客户提供整车匹配试验服务（以使控制器和电机达到最佳匹配、优化整车的性能）优化整车的性能）可为客户定制各种智能显示面板可为客户定制各种智能显示面板提供现场技术服务和技术咨询提供现场技术服务和技术咨询快速准时的交货快速准时的交货真诚的质量真诚的质量/服务承诺服务承诺2005/1/1