直流無刷電機控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-10-03 07:47 本頁面
【文章內容簡介】 的位置信號，為逆變器提供正確的換相信息。位置檢測包括有位置傳感器和無位置傳感器檢測兩種方式。 轉子位置傳感器也由定子和轉子兩部分組成，其轉子與電機本體同軸，以跟蹤電機本體轉子磁極的位置；其定子固定在電機本體定子或端蓋上，以檢測和輸出轉子位置信號。轉子位置傳感器的種類包括磁敏式、電磁式、光電式、接近開關式、正余弦旋轉變壓器式以及編碼器等。 在直流無刷電動機系統(tǒng)中安裝機械式位置傳感器解決了電機轉子位置的檢測問題。但是位置傳感器的存在增加了系統(tǒng)的成本和體積，降低了系統(tǒng)可靠性，限制了直流無刷電動機的應用范圍，對電機的制造工藝也帶來了不利的影響。因此，國內外對直流無刷電動機的無位置運行方式給予高度重視。 無機械式位置傳感器轉子位置檢測是通過檢測和計算與轉子位置有關的物理量間接地獲得轉子位置信息，主要有反電動勢檢測法、續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測法、定子三次諧波檢測法和瞬時電壓方程法等。 控制器 控制器是直流無刷電動機正常運行并實現(xiàn)各種調速伺服功 能的指揮中心，它主要完成以下功能： （ 1）對轉子位置檢測器輸出的信號、 PWM調制信號、正反轉和停車信號進行邏輯綜合，為驅動電路提供各開關管的斬波信號和選通信號，實現(xiàn)電機的正反轉及停車控制。 （ 2）產生 PWM調制信號，使電機的電壓隨給定速度信號而自動變化，實現(xiàn)電機開環(huán)調速。 （ 3）對電動機進行速度閉環(huán)調節(jié)和電流閉環(huán)調節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能。 （ 4）實現(xiàn)短路、過流、過電壓和欠電壓等故障保護電路。 武漢理工大學網(wǎng)絡與繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 8 直流無刷 永磁電動機與有刷直流永磁電動機的比較 表 11 直流無刷 永磁電動機與有刷直流永磁電動機 的比較 項目 直流無刷電動機 有刷直流電動機 換向 借助轉自子位置傳感器實現(xiàn)電子換向 由電刷和換向器進行機械換向 維護 由于沒有電刷和換向器，很少需要維護 需要周期性維護 壽命 比較長 比較短 機械（速度 /力矩） 特性 平（硬）在負載條件下能在所有速度上運行 中等平（中等硬）。在較高速度上運行時，電刷摩擦增加，有用力矩減小 效率 由于沒有電刷壓降，所以效率高 中等 輸出功率 /外形尺寸之比高 由于電樞繞組設置在與機殼相連的定子上，容易散熱。這種優(yōu)異的熱傳導特性允許減小電動機的尺寸，所以輸出功率 /外形尺寸之比高 中等 /低。電樞產生的熱量消散在氣隙內，這樣增加了氣隙溫度，從而限制了輸出功率 /外形尺寸之比 轉自慣量 低。因為永磁體設置在轉子上，改善了動態(tài)響應 轉自慣量高，限制了動態(tài)特性 速度范圍 比較高。沒有電刷 /換向器給予的機械限制 比較低，存在電刷給予的機械限制 電氣噪聲 低 電刷的電弧將對附近的設備產生電磁干擾 制造價格 比較高 低 控制 復雜和價格貴 簡單和價格不貴 控制要求 為了使電動機運轉必須要有控制器，但同樣的控制器可用于變速控制 對于一個固定的速度而言，不需要控制器；有變速要求的時候才需要控制器 直流無刷 電動機的運行特性 機械特性 直流無刷 電動機的機械特性為： 武漢理工大學網(wǎng)絡與繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 9 22 2 2 2S T a s T ee e e tU U r I U U rnTC C C C? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? （ 11） UT開關器件的管壓降 Ia電樞電流 Ce電機的電動勢常數(shù) 每級磁通量 可見 直流無刷 電動機的機械特性與一般直流電動機的機械特 性表達式相同，機械特性較硬。在不同的供電電壓驅動下，可以得到如 13圖所示 機械特性曲線簇。 圖 13 機械特性曲線簇 當轉矩較大、轉速較低時，流過開關管和電樞繞組的電流很大，這時，管壓降隨著電流增大而增加較快，使在電樞繞組上的電壓有所減小，因而圖所示的機械特性曲線會偏離直線，向下彎曲。 調節(jié)特性 直流無刷電動機的調節(jié)特性如 圖 14所示。 武漢理工大學網(wǎng)絡與繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 10 圖 14 調節(jié)特性 調節(jié)特性的始動電壓和 斜率 分別為： 0 2 2e TTrTUUC ???? （ 12） 1eK C ??? （ 13） 從機械特性和調節(jié)特性可以看出， 直流無刷 電動機與一般直流電動機一樣，具有良好的調速控制性能，可以通過調節(jié)電源電壓實現(xiàn)無級調速。但不能通過調節(jié)勵磁調速，因為永磁體的勵磁磁場不可調。 工作特性 電樞電流與輸出轉矩的關系、效率輸出轉矩的關系如 圖 15所示 。 圖 15 工作特性 在輸出額定轉矩時 ,電機效率高、損耗低是 直流無刷 電動機的重要特點之一。 直流無刷 電動機的應用與研究動向 現(xiàn)階段 ，雖然各種交流電動機和直流電動機在傳動應用中占主導地位，但直流無刷電動機正受到普遍的關注。自 20世紀 90年代以來，隨著人們生活水平的提高和現(xiàn)代化生產、辦公自動化的發(fā)展，家用電器、工業(yè)機器人等設備都越來越趨武漢理工大學網(wǎng)絡與繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 11 向于高效率化、小型化及高智能化，作為執(zhí)行元件的重要組成部分，電機必須具有精度高、速度快、效率高等特點，直流無刷電機的應用也因此而迅速增長。尤其在節(jié)能已成為時代主題的今天，直流無刷電機高效率的特點更顯示了其巨大的應用價值。 直流無刷電機轉子采用永久磁鐵，其產生的氣隙磁通保持為常值，因而特別適用于恒轉矩運 行；對于恒功率運行，直流無刷電機雖然不能直接改變磁通實現(xiàn)弱磁控制，但通過控制方法的改進也可以獲得弱磁控制的效果。由于稀土永磁材料的矯頑力高、剩磁大，可產生很大的氣隙磁通，這樣可以大大縮小轉子半徑，減小轉子的轉動慣量，因而在要求有良好的靜態(tài)特性和高動態(tài)響應的伺服驅動系統(tǒng)中，如數(shù)控機床、機器人等應用中，直流無刷電機比交流伺服電機和直流伺服電機顯示了更多的優(yōu)越性。目前直流無刷電機的應用范圍已遍及國民經(jīng)濟的各個領域，并日趨廣泛，特別是在家用電器、電動汽車、航空航天等領域已得到大量應用。 目前 ， 直流無刷電機的研究主要 集中在以下方面： （ 1）無機械式轉子位置傳感器控制。 轉子位置傳感器是整個驅動系統(tǒng)中最為脆弱的部件，不僅增加了系統(tǒng)的成本和復雜性，而且降低系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，同時還需要占據(jù)一定的空間位置。在很多應用場合，例如空調器和計算機外設都要求直流無刷電動機以無轉子位置傳感器方式運行。 無轉子位置傳感器運行實際上就是要求在不采用機械傳感器的條件下，利用電機的電壓和電流信息獲得轉子磁極的位置 . 目前比較成熟的無轉子位置傳感器
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