【正文】 帶來的缺點(diǎn)，以電子換相取代機(jī)械換相的無刷電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。據(jù)有關(guān)報(bào)道，我國(guó)消耗在電動(dòng)機(jī)的電力占整個(gè)電力的 65%以上。轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的乘積即為電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率值。m 2)， GD2=4gJ（ J 是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量） ，其所在的方程式為電動(dòng)機(jī)單軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式；上述方程組經(jīng)過拉普拉斯變換后可以得到： 從而可以得到直流無刷電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下： 直流無刷電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 第 12 頁（共 37 頁） 圖 19動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 從而求出其傳遞函數(shù)為： 其中， KI 是電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)傳遞系數(shù)， KI=1/KE； Kτ 是轉(zhuǎn)矩傳遞系數(shù)， Kτ=R／ KEKT）； Te是電磁時(shí)間常數(shù)， Te=RGD2（ 375KEKT）。m) ； KT是轉(zhuǎn)矩系數(shù)； R 是 電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻 (Ω) 。對(duì)外加電壓而言，三相直流無刷電動(dòng)機(jī)半控電路的反電動(dòng)勢(shì)波形如圖所示 ： 圖 18反電動(dòng)勢(shì)波形 通過計(jì)算可以得到電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為： 為了便于求出平均反電動(dòng)勢(shì)，定義反電動(dòng)系數(shù)和轉(zhuǎn)矩細(xì)數(shù)如下： 1 前言 第 11 頁（共 37 頁） 反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)為常數(shù) ， 其大小同主電路的接法（三相半控或全控電路）以及功率晶體管的換相方式（如兩兩換相或三三換相）有關(guān)。當(dāng)其轉(zhuǎn)速 n 不變時(shí)，該電動(dòng)勢(shì)波形也是正弦波，相位同轉(zhuǎn)矩相位一致。這樣，電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩 Ta 最大，可改善電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性和效率。 , 選擇適當(dāng)?shù)奶崆敖牵沟迷谏鲜鲋T因素的影響下，真正能在 γ o=0176。 后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)將出現(xiàn)負(fù)值，其總輸出轉(zhuǎn)矩的平均值更小。這就是說，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到幾個(gè)位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為零，這會(huì)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)死 區(qū) （即轉(zhuǎn)子在這些位置時(shí)，電 動(dòng)機(jī)無起動(dòng)力矩）。在三相半控電路情況下，當(dāng) γ o=30176。 瞬間選作晶體管開始導(dǎo)通的基準(zhǔn)點(diǎn) ， 電動(dòng)機(jī)三相繞組輪流通電時(shí)，所產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩 如圖 所示。 根據(jù)上述假設(shè)，化簡(jiǎn)之后可以得到其電子開關(guān)電路如下： R11 0 kR21 0 kR31 0 kQ1NP NQ2NP NQ3NP NB A T 11 .5 V來自霍爾元件的信號(hào) 圖 16半控電路 1 前言 第 9 頁（共 37 頁） 由于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在氣隙中，是按照正弦規(guī)律分部的， B=BMsinθ這樣一來，如果在定子某一相（例如 B 相）繞組 中通一持續(xù)的直流量，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為 TM=ZLBMrIsinθ 其 中， Z 是每相繞組的有效導(dǎo)體數(shù)； L 是繞組中導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，即磁鐵長(zhǎng)度 (m)；r 是電動(dòng)機(jī)中氣隙的半徑 (m)； I 是繞組相電流 (A) 。這樣 周而復(fù)始，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子便連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。 由于無刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)像變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步?？梢哉f，無刷直流電動(dòng)機(jī)在允許的電網(wǎng)波動(dòng)范圍內(nèi)，在允許的過載能力以下，其穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在 1%左右， 遠(yuǎn)小于所要求的 5%， 并可以實(shí)現(xiàn)在調(diào)速 范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。減小， Tm 減小 。當(dāng) Vc 設(shè)定以后，無論是負(fù)載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時(shí)，反饋電壓Vfb 變小，調(diào)制波的占空比 amp。 (V178。為調(diào)制波的占空比， Ra 為每項(xiàng)繞組電壓；從而可以得到直流無刷電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為：Tm=amp。 amp。也就是說直流無刷電機(jī)能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載變化時(shí)仍可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。直流無刷電機(jī)是同步電機(jī)的一種，也就是說電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù) (P)影響： N=120． f / P 在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。目前，驅(qū)動(dòng)電路已從線性放大狀態(tài)轉(zhuǎn)成脈寬調(diào)制的開關(guān)狀態(tài)，相應(yīng)電路組成也從晶體管分立電路轉(zhuǎn)成模塊化集成電路。用獲得位置信號(hào)相近方法取得速度信號(hào)，最簡(jiǎn)單的速度傳感器是測(cè)頻式測(cè)速發(fā)電機(jī)與電子線路相結(jié)合。主要通過位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置并反饋給控制電路。由于定子磁場(chǎng)軸線可視作同轉(zhuǎn)子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電流成正比，這 正是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電流 轉(zhuǎn)矩特性。電度角，如此循環(huán)，無刷直流電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩 ，拖動(dòng)負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。電度角，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)于60176。的 U、 V、 W方波，各個(gè)功率開關(guān)的導(dǎo)通順序?yàn)?V1V4 導(dǎo)通、 V1V6 導(dǎo)通、 V3V6 導(dǎo)通、 V3V2導(dǎo)通、 V5V2 導(dǎo)通、 V5V4 導(dǎo)通，也就是說將直流母線電壓依次加在 A+B、 A+C、B+C、 B+A、 C+A、 C+B上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對(duì) NS 極， V1V6 功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。 逆變器提供等幅等頻調(diào)制波的對(duì)稱交變矩形波 ， 。但 是位置傳感器所產(chǎn)生的信號(hào) 不能直接用來控制功率邏輯開關(guān)單元，往往需要經(jīng)過一定邏輯處理后才能去控制邏輯開關(guān)單元。功率邏輯開關(guān)單元是控制電路的核心，其功能是將電源的功率 以一定的邏輯分配關(guān)系分配 給直流無刷電動(dòng)機(jī)定子上的各相繞組，以便使電動(dòng)機(jī)定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電磁場(chǎng) 。 直流無刷電動(dòng) 機(jī)通過直流電源（交流電整流后）供電，然后通過換向電路的逆變作用，給定子中的線圈供電，產(chǎn)生磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子上的永磁體作用，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，位置傳感器通過感應(yīng)轉(zhuǎn)子的位置來反饋給換向電路，控制功率開關(guān)的閉合，調(diào)節(jié)定子磁場(chǎng)，保證轉(zhuǎn)子持續(xù)的旋轉(zhuǎn)。均勻分布；位置傳感器可以控制功率開關(guān)的導(dǎo)通情況，當(dāng)控制 V1導(dǎo)通時(shí)，直流電流流入 A項(xiàng)繞組，形成位于 A項(xiàng)繞組軸線上的電樞磁勢(shì)，與轉(zhuǎn)子作用產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。圖 11中的電 動(dòng)機(jī)本體為三相兩極。 一般而言，電機(jī)的繞組數(shù)量都和永磁極的數(shù)量是不一致的（比如用 9繞組 6極，而不是 6繞組 6極），這樣是為了防止定子的齒與轉(zhuǎn)子的磁鋼相吸而對(duì)齊，產(chǎn)生 類似步進(jìn)電機(jī)的效果，此種情況下轉(zhuǎn)矩會(huì)產(chǎn)生很大波動(dòng)。電動(dòng)機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電動(dòng)機(jī) 相似，但沒有籠型繞組和其他起動(dòng)裝置。 其結(jié)構(gòu)原理圖如圖 1— 1所示。 1． 1 無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本組成 無刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞在定子上，是靜止的，主要是通過控制電樞電流來控制磁場(chǎng)的變化，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)始終垂直的磁場(chǎng)。測(cè)速時(shí)可能會(huì)用上光電和一些同步設(shè)備。如家用器具中的、甩干機(jī)和壓縮機(jī)就是很好的例子，汽車工業(yè)領(lǐng)域中的油泵控制、電控制器、發(fā) 動(dòng)機(jī)控制等，這類應(yīng)用的系統(tǒng)成本相對(duì)更高些。總的來說，無刷直流電機(jī)可以分為以下三種主要用途： 持續(xù)負(fù)載應(yīng)用：主要是需要一定轉(zhuǎn)速但是對(duì)轉(zhuǎn)速精度要求不高的領(lǐng)域，比如風(fēng)扇、抽水機(jī)、吹風(fēng)機(jī)等一類的應(yīng)用，這類應(yīng)用成本較低且多為開環(huán)控制。 由于直流無刷電動(dòng)機(jī)既具有交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率高、無勵(lì)磁損耗以及 調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，故在當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域應(yīng)用日益普及。經(jīng)過了幾十年的努力，直至上世紀(jì) 60 年代初終于實(shí)現(xiàn)了這一愿望。由于傳統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)均采用電刷以機(jī)械方法進(jìn)行換向，因而存在相對(duì)的機(jī)械摩擦，由此帶來了噪聲、火化、無線電干擾以及壽命短等弱點(diǎn)，再加上制造成本高及維修困難等缺點(diǎn)，從而大大限制了它的應(yīng)用范圍，致使目前工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上大多數(shù) 均采用三相異步電動(dòng)機(jī)。 1 前言 一個(gè)多世紀(jì)以來，電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域以及人們的日常生活中。 sensor。 counter electromotive force。 【關(guān)鍵詞】 :無刷直流電機(jī) ，反電動(dòng)勢(shì)，換相檢測(cè)， 位置傳感器 ，單片機(jī) 。 (4)軟件 模塊的設(shè)計(jì) 及論述 。 (2)系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)。在接下來的內(nèi)容 中 ,對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)做了詳細(xì)論述；接著闡述 了無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置 檢測(cè)方法；接著 介紹了 算法的軟件實(shí)現(xiàn)、軟件濾波和相移校正、換相點(diǎn)的軟件實(shí)現(xiàn)；最后詳細(xì)論述了系統(tǒng) 軟件 的實(shí)現(xiàn)方法。然后就 論述了無刷直流電機(jī)的控制技術(shù)，在分析比較各種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上 根據(jù)實(shí)際 采用 單片機(jī)控制方案。 本課題是一個(gè)理論性課題，本文的撰寫目的是討論無刷直流電機(jī)的控制方法。 評(píng)語： XI 評(píng)閱教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）： _______分 （注：此頁不夠，請(qǐng)轉(zhuǎn)反面） 長(zhǎng)江大學(xué) 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )題目 答辯時(shí)間 年 月 日 ～ 時(shí) 答辯地點(diǎn) 一、答辯小組組成 答辯小組組長(zhǎng)： 成 員： 二、答辯記錄摘要 答 辯小組 提問（分條摘要列舉） 學(xué)生 回答情況評(píng)判 三、答辯小組對(duì)學(xué)生答辯成績(jī)的評(píng)定 （百分制） ： _______分 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )最終成績(jī)?cè)u(píng)定 (依據(jù)指導(dǎo)教師評(píng)分、評(píng)閱教師評(píng)分、答辯小組評(píng)分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )評(píng)分的相關(guān)規(guī)定 ) 等級(jí) (五級(jí)制 )： _______ XII 答辯小組組長(zhǎng) (簽名 ) ： 秘書 (簽名 )： 年 月 日 院 (系 )答辯委員會(huì)主任 (簽名 )： 院 (系 )(蓋章 ) 電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 【 摘要 】 本文 以永磁方 波無刷直流電 動(dòng)機(jī) 為控制對(duì)象，設(shè)計(jì)了一套無刷直流電機(jī)調(diào)速 控制 系統(tǒng)。 評(píng)審意見： 指導(dǎo)教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）： _______分 X （注：此頁不夠，請(qǐng)轉(zhuǎn)反面） 直流無刷 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )評(píng)閱教師評(píng)語 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )題目 評(píng)閱教師 職 稱 評(píng)閱日期 評(píng)閱參考內(nèi)容： 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果， 難度及工作量，質(zhì)量和水平， 存在的主要問題與 不足。 6 月 2 號(hào) 進(jìn)行畢業(yè)答辯 八、指導(dǎo)教師審查意見 IX 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )指導(dǎo)教師評(píng) 審意見 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )題目 指導(dǎo)教師 職 稱 評(píng)審日期 評(píng)審參考內(nèi)容： 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果， 難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在 的主要問題與不足。 4月 21 號(hào) 5 月 1號(hào) 對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試，修改，達(dá)到老師要求水平。由于電子開關(guān)線路的導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而起到了機(jī)械換向器的換向作用。位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸VIII 相聯(lián)結(jié)。其定子繞組一般制成多相 (三相、四相、五相不等 )，轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對(duì) 數(shù) (2p=2,4,? )組成。 課題研究的措施： 查找相關(guān)資料了解課題相關(guān)內(nèi)容；設(shè)計(jì)出多個(gè)電路設(shè)計(jì)方案，并對(duì)方案進(jìn)行對(duì)比分析， 最終確定最終方案，畫出電路原理圖；最后分析存在的問題然后進(jìn)行改進(jìn)，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 VII 首先通過 查找資料熟悉并掌握單片機(jī)的基本原理，然后進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)廠家進(jìn)行了解。 基本要求如下： 了 解無刷直流電機(jī)的工作原理、控制方式以及無刷直流電機(jī)控制器的軟硬件設(shè)計(jì)方案； 硬件設(shè)計(jì)的組成部分有電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、霍爾位置檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)信號(hào)預(yù)處理電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、過流保護(hù)電路等模塊電路組成； 軟件設(shè)計(jì)則通過由硬件采集到得位置信號(hào)、電流信號(hào)、剎車信號(hào)、過流信號(hào)、欠壓信號(hào)等，通過單片機(jī)的處理，分別作出換相、同步整流、 PWM 調(diào)制、剎車、過流保護(hù)、欠壓保護(hù)等一些相應(yīng)的輸出動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)的控制的目的。由于直流無刷電動(dòng)機(jī)既具有交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率高、無勵(lì)磁損耗以及調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，故在當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域應(yīng)用日益普及。國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)無刷直流電 機(jī)的研制與中國(guó)大體相當(dāng)，但像美國(guó)、日本在無刷直流電機(jī)控制方面比中國(guó)先進(jìn)。目前無刷直流電機(jī)研究剛剛起步，主要集中在高等學(xué)校，如浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)等，均在進(jìn)行 以下樣機(jī)的研究試驗(yàn)，清華大學(xué)正在做 15KW 電機(jī)的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，中科院正在做 28 KW電機(jī)的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)。通過電位器或按鍵控制加、減速。 （ 2）電機(jī)功率約 80 瓦，帶位置傳感器，轉(zhuǎn)速范圍在 6003000 轉(zhuǎn) /分，連續(xù)可調(diào)，誤差不大于 5%。 三、 閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱 （ 1）設(shè)計(jì)直流無刷電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)主電路、控制電路及調(diào)速控制方案。 而無刷直流電動(dòng)機(jī)既具備交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好等諸多特點(diǎn)，同時(shí)克