永磁无刷直流电机系统建模研究

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马志云周理兵

陶桂林

（华中科技大学电气与电子工程学院４３００７４）

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摘要从直流电机分析出发，建立了带中线电机电路模型，分析了转子位置与开关管触发

逻辑的关系，总结了二者之间的规律。建立在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ平台上的无刷直流电机系统模

型，根据系统实际组成与功能分块．其电机模型、开关管触发逻辑完全由电路元件构造，具有很

强的移植性和扩展性。仿真结果表明，模型四象限仿真运行稳定可靠。

关键词

永磁无刷直流电机数学模型

电路模型

Ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉ。ｋ

１引言

随着无刷直流电机在伺服系统、电动汽车、机

器人技术及家用电器等领域越来越广泛的应用，人

们对电机及其系统的运行分析和优化设计也越来越

关注。借助建模与仿真技术，人们可以研究、分析

整个电机系统的各类定量关系，提取设计、分析和

调试电机及其驱动系统所需的信息、数据和资料。

无刷直流电机的建模，现在主要采用相状态方

程”“；而与电机本体密切配合的外围硬傲件

（包括转子位鼍检测和开关管触发逻辑）模型却较

少提及。本文就是从系统角度出发，将带中线的电

机模型电路化，使其更直观与普遍；归纳了电机转

子位置榆测和开荧管逻辑控制规律，并在Ｍａｔ｜ａｂ／

Ｓｉｍｕｉｉｎｋ平台下，建立了永磁无刷直流电机系统模

型。系统模型各功能模块相对独立，主要由电路元

件搭建，并可根据实际要求方便地进行修改和扩

展，、

２永磁无刷直流电机数学分析

２．１电机正向规定及坐标定位

永磁无刷直流电机定子绕组中流过方波电流。

为了简化分析，对带中线的三相永磁无刷直流电机

作如下假定：①电机铁磁部分的磁路为线性，即不

计饱和、剩磁、磁滞和涡流的影响。②定子三相绕

组对称，且为集中绕组；转子结构分别对直轴和交

轴对称。⑧转子空间磁势沿圆周设计为梯形分布。

④暂不考虑电枢反应对气隙磁场的影响。

电机各量正方向规定为：产生正向磁势的电流

～５６一

方向为电流的正方向；电压正方向与电流正方向符

合电动机惯例。合理制定电机系统坐标，无论对分

析电机模型还是设计开关管触发逻辑都有一定简化

作用。本文所采用的坐标系统与常用系统有所不

同。若将定子绕组、永磁转子分别沿圆周展开．则

本文中所采用的定子轴线与转子轴线关系规定如图

１所示。

－定子轴缱

定－Ｔ－－［玉１３］二［［歪丁３二［［四

◇ｏ

ｏ Ｏ＠ｏ＠

图１

电机坐标系与转子位置关系图

其中，定子坐标原点定在线圈导体ｘ处；０为

转子轴线领先于定子轴线的角度，当定转子轴线重

台时，０＝０。；０。表示定子圆周的坐标．‰表示定

子圆周上某点的坐标位置ｉ”为电机转速，Ｂ，

（ｏ，０。）为空载时永磁体磁密沿气隙圆周的分布函

数，Ｂ。为永磁体产生气隙磁密最大值。

２．２电机简化等效电路

任一时刻．定子圆周上某一点ｚ。处转于磁场

强度Ｂ。，既是该点相对于定子坐标原点‰的函数，

也是该时刻定、转子轴线间夹角０的函数，即ｚ。处

的转子磁场强度／３，。＝Ｂ。（０，＿ｒ。）＝／３。（ｚ。０）。由

于定子三相绕组看成集中绕组，当ｚ。为０、１２０。、

万方数据