【正文】 無位置傳感器的無刷直流電動機 22 建立作動電機無刷直流電機簡化模型 23結 論 26工作總結 26發(fā)展展望 28參考文獻 2932引 言 上個世紀80年代由于節(jié)能的需要、稀土材料的開發(fā)，采用永磁材料的電機在我國獲得迅猛發(fā)展，最早應用于同步電動機和直流電動機。并指出該電機是航空領域最有發(fā)展前景的電機。隨著電機制造技術及相關的電力電子技術飛速發(fā)展，飛機全電剎車系統(tǒng)引起航空工業(yè)界越來越多的關注。稀土永磁無刷直流電機的發(fā)展與在航空領域全電剎車系統(tǒng)上的應用研究摘 要無刷直流電機體積小、重量輕、結構簡單，既具有普通直流電機的良好調(diào)速性能，又不需要機械換向裝置，可靠性強，效率高。研究無刷直流電機在飛機全電剎車領域的應用對我國國防和航空領域的發(fā)展有著重要意義。其次本文詳細介紹了全電剎車系統(tǒng)，同樣運用對比的方法研究了全電剎車系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)剎車系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。眾所周知，直流電動機調(diào)速性能好(調(diào)速范圍寬、速度平穩(wěn)、啟動轉矩大、低速性能好)，調(diào)速電源簡單，應用范圍極其廣泛，但因采用機械整流器換向，由于電流換向火花、電刷及換向器磨損，電磁干擾及噪聲大、需要定期維護，直流電動機的速度、可靠性和壽命受到一定限制，在多數(shù)情況下為交流電動機所取代。而多電飛機是未來軍機發(fā)展的方向，這為大功率無刷直流電機的性能提出了更高的要求。隨著中國航空工業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是在關乎中國國防安危的戰(zhàn)機領域的發(fā)展領域，飛機電剎車系統(tǒng)顯得尤為重要。如圖1，無刷直流電動機轉子上的永磁體提供勵磁，定子上是電樞繞組，電子開關線路直接與電樞繞組相連，電子開關線路和位置檢測器的作用與有刷直流電機的機械換向器相同。 控制電路：無刷直流電動機通過控制驅(qū)動電路中的功率開關器件，來控制電機的轉速、轉向、轉矩以及保護電機，包括過流、過壓、過熱等保護。驅(qū)動電路由大功率開關器件組成。 永磁無刷電動機是一閉環(huán)的機電一體化系統(tǒng)，它是通過轉子磁極位置信號作為電子開關線路的換相信號，因此，準確檢測轉子位置，并根據(jù)轉子位置及時對功率器件進行切換，是無刷直流電動機正常運行的關鍵。圖2 稀土永磁無刷直流電動機工作原理示意圖 當轉子位置位于圖2(a)所示位置時，檢測到的磁極位置信號，經(jīng)過控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，使功率開關管TT6 導通，即繞組A、B通電，A進B出，電樞繞組在空間合成磁勢Fa，如圖2(a)所示。電角度，達到圖2(b)中位置時，位置傳感器輸出信號，經(jīng)邏輯變換后使開關管T6截止，T2導通，此時T1仍導通，則繞組A、C通電，A進C出，電樞繞組在空間合成磁場如圖2(b)中Fa。電角度時，功率開關管的導通邏輯為：T3TT3TT5TT5TT1T6……，則轉子磁場始終受到定子合成磁場的作用并沿順時針方向連續(xù)轉動?？梢姸ㄗ雍铣纱艌鲈诳臻g不是連續(xù)旋轉的磁場，而是一種跳躍式旋轉磁場，每個步進角是60176?？梢?，電機有6個磁狀態(tài)，每一狀態(tài)都是兩相導通，每相導通中流過電流的時間相當于轉子旋轉120176。隨著航空技術的不斷發(fā)展，各航空電機生產(chǎn)廠都面臨延長產(chǎn)品壽命的技術壓力。但有刷直流電機由于機械換向的限制，轉速很難在現(xiàn)有基礎上進一步提高。 (4)散熱容易 無刷直流電機的主要發(fā)熱源在定子上，自然散熱條件好。有刷直流電動機的薄弱環(huán)節(jié)在換向，較難實現(xiàn)單軸輸出的余度控制。 (2)異步感應電動機系統(tǒng)較多使用變頻調(diào)速，由于控制具有非線性問題，并且其控制系統(tǒng)十分復雜。 (2)在無刷直流電動機中需要產(chǎn)生梯形波磁場，使用簡單的外貼式永磁體就可以達到要求，而在同步電機中需產(chǎn)生正弦波磁場和正弦波感應電動勢，相比之下，無刷直流電機設計更簡單，更容易實現(xiàn)要求。 無刷直流電動機與有刷直流電動機相比具有以下優(yōu)點： (1)可靠性能高，壽命長。 (5)轉子上沒有繞組，產(chǎn)熱很小，外定子上放繞組，有利于散熱。 唐任遠等提出了利用永磁電機等效磁路的解析法和圖解法，可以分別求解永磁體的工作點，并分析了如何設計永磁體的最佳工作點。Pillay等對無刷直流電機相電流和相電壓進行了Fourier級數(shù)分解，得到了相電流和相電壓的基波和高次諧波分量，進而推導了電機的轉矩模型，然后調(diào)節(jié)繞組的導通角來補償相對應的轉矩諧波，從而能削弱轉矩諧波。ST公司的ST72141芯片就是專門用在無刷直流電機控制的單片機，內(nèi)部包含ST公司自有的反電勢檢測專利技術。稀土永磁無刷電機在飛機上的主要應用對象為各種各樣的電力作動系統(tǒng)。隨著稀土永磁材料、大功率半導器件和微處理器的發(fā)展，電力作動系統(tǒng)已發(fā)展到與液壓作動系統(tǒng)相競爭的地步。(3)又滾又滑狀態(tài)：即我們通常所說的剎車狀態(tài)，也就是我們所要著重研究的正常剎車過程。飛機剎車系統(tǒng)的性能直接影響到飛機的安全升空、安全返航和快速反應，進而影響飛機的整體性能。但面對進一步提高系統(tǒng)的安全性、可靠性及可維護性的要求，對液壓剎車系統(tǒng)而言，目前有著難以逾越的障礙。系統(tǒng)的基本工作原理與液壓剎車系統(tǒng)類似，但是有自身獨特的特點，大體運作流程為：飛機速度信號、機輪速度信號和剎車力矩信號經(jīng)速度傳感器和力矩傳感器反饋送入數(shù)字式防滑剎車控制盒，產(chǎn)生相應的控制信號輸入到電機的功率驅(qū)動電路，由功率驅(qū)動電路控制電機運轉，進而驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠輸出剎車壓力到剎車盤，產(chǎn)生相應的剎車力矩。圖5 電作動器剖視圖可以看出，EMA 剎車機架是四電機四滾珠絲杠作動機構布局，電機選用重量輕、體積小的稀土永磁無刷直流電機，每個電機通過兩級齒輪傳動裝置，獨立控制一個滾珠絲杠作動器。 (2)先進的全數(shù)字化防滑剎車控制器取代液壓剎車控制盒。 (1)機電作動器比充滿液壓油的液壓作動器重量大大減輕。 (5)系統(tǒng)的模塊化和實時監(jiān)測功能使飛機更易于維修，全電剎車系統(tǒng)的剎車效率優(yōu)于液壓剎車系統(tǒng)的效率。研制全電剎車系統(tǒng)使之取代現(xiàn)有的液壓剎車系統(tǒng)是歷史必然。因此，加緊研究全電剎車系統(tǒng)的關鍵技術，對實施我國多電飛機計劃以及提高國產(chǎn)飛機性能、與國際同行業(yè)先進技術接軌、發(fā)展我國的國防事業(yè)具有深遠的歷史意義。該系統(tǒng)的電作動器采用四臺稀土永磁無刷直流電動機。因此，研究全電剎車系統(tǒng)的關鍵技術，對我國多電飛機的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實意義，對提高飛機性能、與國際同行業(yè)先進技術接軌、發(fā)展我國的國防事業(yè)都具有深遠的歷史意義。： (1)系統(tǒng)可靠性。 (4)系統(tǒng)的工作故障容錯性要求。眾所周知，在所有的電機中，直流電機的調(diào)速特性最好，但其不可避免的有刷結構制約了其應用場合。下面就各種類型的電動機的各自的優(yōu)缺點和應用場合進行分析。它還具有接近恒速的負載特性，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械拖動的要求。所以基于以上特點步進電機不適宜用于大轉矩，高速運轉，頻繁啟停和正反轉的剎車系統(tǒng)當中。 (6)永磁無刷直流電動機電機特點：永磁無刷直流電動機具有常規(guī)直流電動機的特點卻無刷直流電機沒有了碳刷與機械換向器，所以維修與保養(yǎng)的負擔減輕；由于采用永磁式轉子結構，效率高：電機轉矩大，啟動時可達到額定轉矩的3倍。稀土永磁無刷直流電機憑借其獨特的優(yōu)勢與卓越的性能充分表明了在飛機全電剎車系統(tǒng)的執(zhí)行機構中，性能強、可靠性高、功率體