直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路設(shè)計(jì)5

《直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路設(shè)計(jì)5》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、-1緒論1.1研究背景一個(gè)多世紀(jì)以來，電機(jī)作為電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域以及人們的日常生活中。電機(jī)的主要類型有同步電機(jī)、異步電機(jī)與直流電機(jī)三種。直流電機(jī)具有運(yùn)行效率高和調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各種調(diào)速系統(tǒng)中，但傳統(tǒng)的有刷直流電機(jī)均以機(jī)械換相方法進(jìn)行換相，存在相對的機(jī)械摩擦，因此帶來噪聲、火花、無線電干擾及壽命等致命弱點(diǎn)，從而大大地限制了它的應(yīng)用范圍。而相比有刷直流電機(jī)，無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)是以電力電子電路取代傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)的電刷，故其既具有有刷直流電機(jī)運(yùn)行效率高、運(yùn)行性能好等優(yōu)點(diǎn)，又具有交流電機(jī)運(yùn)行結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

2、目前，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速進(jìn)步與永磁材料的新發(fā)現(xiàn)，高性能、低成本的永磁無刷直流電機(jī)已成為調(diào)速領(lǐng)域的領(lǐng)軍力量，它具有巨大的開發(fā)潛質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景。1.2無刷直流電機(jī)的研究歷史及現(xiàn)狀永磁無刷直流電機(jī)是一種電子電動機(jī)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，許多新型的高性能半導(dǎo)體功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT等相繼出現(xiàn)以及高性能永磁材料，如稀土永磁材料的問世，為無刷直流電動機(jī)的廣泛應(yīng)用奠定的基礎(chǔ),它由直流電源經(jīng)過逆變器、位置檢測裝置向電動機(jī)供電，因而既保持了直流電機(jī)的優(yōu)良特性，又改善了有刷直流電機(jī)效率低、耗電多、噪音大、維護(hù)困難、使用壽命短等運(yùn)行狀況。電機(jī)系統(tǒng)屬環(huán)保節(jié)能型產(chǎn)品，是

3、國家產(chǎn)業(yè)政策支持的高新技術(shù)項(xiàng)目，正處在產(chǎn)品成長期，具有廣闊的市場前景。無刷永磁直流電機(jī)正在以其特有的優(yōu)勢不斷蓬勃發(fā)展。國外在無刷直流電動機(jī)發(fā)展的前期，主要致力于將更加先進(jìn)的電力電子器件和材料應(yīng)用于無刷直流電動機(jī)以提高它的性能。但無刷直流電動機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動過大，這是采用優(yōu)良的電動機(jī)設(shè)計(jì)和先進(jìn)的器件所無法從根本上取得突破的瓶頸。在八十年代以后，隨著磁性材料、電力電子器件和專用控制器的迅速發(fā)展，明顯改善了無刷直流電動機(jī)特性的同時(shí)，人們又把對無刷直流電動機(jī)研究的目光轉(zhuǎn)移到電子換向、稀土永磁材料以及智能控制三個(gè)方面，試圖來抑制無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動。.---我國無刷直流

4、電動機(jī)的研制工作開始于七十年代初期，主要是為我國自行研制的軍事裝置和宇航技術(shù)發(fā)展而配套。由于數(shù)量少，由某些科研單位試制就能滿足要求。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，雖然在新產(chǎn)品開發(fā)方面縮短了與國際先進(jìn)水平的差距，但由于無刷直流電動機(jī)是集電動機(jī)、微電子、電力電子、控制、計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一身的高科技產(chǎn)品，受到我國基礎(chǔ)工業(yè)落后的制約，因此無論產(chǎn)量、質(zhì)量、品種及應(yīng)用于國際先進(jìn)水平有著較大的差距，目前國內(nèi)的研制單位雖不少，但形成一定批量的單位卻屈指可數(shù)，而且其中絕大部分屬于低檔的無刷電機(jī)，產(chǎn)品的市場競爭力不強(qiáng)。1.3無刷直流電動機(jī)的發(fā)展歷程1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，奠定了現(xiàn)代電機(jī)的基

5、本理論基礎(chǔ)。從19世紀(jì)40年代研制成功第一臺直流電機(jī)，經(jīng)過大約17年的時(shí)間，直流電機(jī)技術(shù)才趨于成熟。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對直流電機(jī)的要求也就越來越高，有接觸的機(jī)械換向裝置限制了有刷直流電機(jī)在許多場合中的應(yīng)用。為了取代有刷直流電機(jī)的電刷－換向器結(jié)構(gòu)的機(jī)械接觸裝置，人們曾對此作過長期的探索。1915年，美國人Langnall發(fā)明了帶控制柵極的汞弧整流器，制成了由直流變交流的逆變裝置。20世紀(jì)30年代，有人提出用離子裝置實(shí)現(xiàn)電機(jī)的定子繞組按轉(zhuǎn)子位置換接的所謂換向器電機(jī)，但此種電機(jī)由于可靠性差、效率低、整個(gè)裝置笨重又復(fù)雜而無實(shí)用價(jià)值。.---科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶來了電力半導(dǎo)體技

6、術(shù)的飛躍。開關(guān)型晶體管的研制成功，為創(chuàng)造新型直流電機(jī)——無刷直流電機(jī)帶來了生機(jī)。1955年，美國人Harrison首次提出了用晶體管換相線路代替電機(jī)電刷接觸的思想，這就是無刷直流電機(jī)的雛形。它由功率放大部分、信號檢測部分、磁極體和晶體管開關(guān)電路等組成，其工作原理是當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在信號繞組中感應(yīng)出周期性的信號電動勢，此信號電動勢分別使晶體管輪流導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)換相。問題在于，首先，當(dāng)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，信號繞組內(nèi)不能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，晶體管無偏置，功率繞組也就無法饋電，所以這種無刷直流電機(jī)沒有起動轉(zhuǎn)矩；其次，由于信號電動勢的前沿陡度不大，晶體管的功耗大。為了克服這些弊病，人們采用了離心裝置的

7、換向器，或采用在定子上放置輔助磁鋼的方法來保證電機(jī)可靠地起動。但前者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而后者需要附加的起動脈沖。其后，經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)和不斷的實(shí)踐，人們終于找到了用位置傳感器和電子換相線路來代替有刷直流電機(jī)的機(jī)械換向裝置，從而為直流電機(jī)的發(fā)展開辟了新的途徑。20世紀(jì)60年代初期，接近開關(guān)式位置傳感器、電磁諧振式位置傳感器和高頻耦合式位置傳感器相繼問世，之后又出現(xiàn)了磁電耦合式和光電式位置傳感器。半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，使人們對1879年美國人霍爾發(fā)現(xiàn)的霍爾效應(yīng)再次發(fā)生興趣，經(jīng)過多年的努力，終于在1962年試制成功了借助霍爾元件（霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)子