开题报告直流无刷电动机专业系统设计.doc

一、 题目来源题目来源于生产实际二、设计意义及国内外状况1.1设计意义一种多世纪以来，电机作为机电能量转换装置，其应用遍及国民经济各个领域以及人们寻常生活中。电机重要类型有：直流电机、感应电机和同步电机。老式直流电机因具备非常先进线性机械特性，较宽调速范畴，良好启动性以及简朴控制电路等长处，长期以来始终广泛地在各种驱动装置和伺服系统中。无刷直流电机构成：无刷直流电动机(Brushless DC Motor,简称BLDCM)是一种典型机电一体化产品,它是由电动机本体、位置检测器、逆变器和控制器构成自同步电动机系统或自控式变频同步电动机。位置检测器检测转子磁极位置信号,控制器对转子位置信号进行逻辑解决并产生相应开关信号，开关信号以一定顺序触发逆变器中功率开关器件，将电源功率以一定逻辑关系分派给电动机定子各相绕组，使电动机产生持续不断转矩。无刷直流电机具备如下长处：1）低噪声：由于没有了机械电刷或滑环式电刷，无刷直流电机消除了除支承、连接以及负载以外机械噪声.2）高效率：无刷直流电机是当前电机中最高效率一种电机，这要归功于其运用永磁体长生恒定、持续磁场缘故。在适当操作条件下永磁无刷直流电机永磁体具备非常小去磁系数.3）无励磁需要：如上所述，无刷直流电机运用永磁体产生恒定磁场，省去了老式电机电励磁某些.4）易维护、寿命长：消除了机械电刷和换相器无刷直流电机比老式直流电机构造简朴，更易维护，并且电机寿命更长.5）控制构造简朴：无刷直流电机转矩正比于电机电流，反馈装置简朴，不需要采用绝对位置编码器或旋转变压器，因而较之交流电机更易于控制。正式由于这个因素，当前已有诸多半导体厂家生产了适合无刷直流电机控制需要专用集成电路控制芯片.当前，无刷直流电机应用越来越普遍，国内近年来在无刷直流电机设计和控制方面有诸多研究，但与国外成熟产品化相比尚有诸多地方只得提高。如何在无刷直流电机方面做出积极研究是很有现实意义。1.2.国内外状况有刷直流电动机作为最早电动机广泛应用于工农业生产各个领域，由于其宽阔而平滑优良调速性能，在需要调速应用领域占有重要地位，但机械换相装置存在，限制了其发展和应用范畴。直流电动机机械电刷和换向器因逼迫性接触，导致其构造复杂、可靠性差、火花、噪声等一系列问题，影响了直流电动机调速精度和性能。科学技术飞速发展，带来了半导体技术奔腾，开关型晶体管研制成功为创造新型无刷直流电动机带来生机。 “无刷直流电机”概念已有最初具备电子换相器直流电机发展到泛指一切具备老式直流电机外部特性电子换相电机。现今，无刷直流电机集电机、变速机构、检测元件、控制软件和硬件于一体，形成为新一代电动调速系统。无刷直流电机具备最优越调速性能，重要体当前：调速以便（可无级调速），调速范畴宽，低速性能好（起动转矩大，起动电流小），运营平稳，噪音低，效率高，应用场合从工业到民用极其广泛。如电动自行车、电动汽车、电梯、抽油烟机、豆浆机、小型清污机、数控机床、机器人等。由于无刷直流电机具备这些长处，因而在国际电机会议上提出了有刷电机将被无刷电机取代这一发展趋势。国内当前是世界最大永磁体（生产无刷电机重要原材料）生产供应基地，中华人民共和国还将要成为全球最大无刷电机生产国。随着汽车工业迅速发展，车用小功率电机需求增长带动了以永磁无刷直流电机为主体车用小功率电机兴起，国内正在成为世界电动汽车制造业重要供应用。二、 无刷直流电动机控制系统构成框图及基本工作原理1.构成框图2.基本工作原理电机本体电枢绕组为三相星型连接，位置传感器与电机转子同轴，控制电路对位置信号进行逻辑变换后产生控制信号，控制动信号经驱动电路隔离放大后控制逆变器功率开关管，使电机各相绕组按一定顺序工作。图1-1 无刷直流电动机工作原理示意图如图1-1所示，当转子旋转（顺时针）到图a所示位置时，转子位置传感器输出信号经控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使T1、T6 导通，即A、B两相绕组通电，电流从电源正极流出，经T1流入A相绕组，再从B相绕组流出，经T6回到电源负极，此时定转子磁场互相作用，使电机转子顺时针转动。当转子在空间转过60电角度，到达图b所示位置时，转子位置传感器输出信号经控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使T1、T2导通，A、C两相绕组通电，电流从电源正极流出，经T1流入A相绕组，再从C相绕组流出，经T2回到电源负极。此时定转子磁场互相作用，使电机转子继续顺时针转动。转子在空间每转过60电角度，逆变器开关就发生一次切换，功率开关管导通逻辑为T1、T6T1、T2T3、T2T3、T4T5、T4T5、T6T1、T6。在次期间，转子始终受到顺时针方向电磁转矩作用，沿顺时针方向持续旋转。转子在空间每转过60电角度，定子绕组就进行一次换流，定子合成磁场磁状态就发生一次跃变。可见，电机有6种磁状态，每一状态有两相导通，每相绕组导通时间相应于转子旋转120电角度。无刷直流电动机这种工作方式叫两相导通星型三相六状态，这是无刷直流电动机最惯用一种工作方式。四、研究内容1.无刷直流电机在国内外发展水平和研究状况。2.无刷直流电机原理及资料分析。3.无刷直流电机选取。4.无刷直流电机控制系统分析和拟定。5.无刷直流电机维护分析和故障解决。6.总结设计并写出心得体会。五、研究方案与环节（一）研究方案：1.认真查阅资料拟定设计方案。2.进行有关计算选用需要元件和装置。3.画出相应接线配备图。4.画出总设计图。5.进行校验改正，完毕毕业论文。（二）环节：1.设计方案拟定。2.无刷直流电机资料分析。3.接线拟定和有关配备图拟定。4.无刷直流电机故障检测办法。5.无刷直流电机故障防止办法。6.总结。六、存在问题及其解决办法1.设计出来方案也许不符合实际规定，不能满足现状，向有有关经验者请教并仔细修改。2.设计中应重要根据既有基本资料，现行关于电气规程、规范。3. 设计中应认真理解现行关于电气规范，知识面开阔，提高质量意识。4.认真复核所收集资料精确性，多进行方案讨论。5.在Word里画图存在某些困难，应对办法：运用Auto CAD或其她电气绘图软件画好后再粘贴、复制到Word中。6、在中华人民共和国知网中找有关资料很少，应对办法：通过各种途径借买关于书籍来完毕毕业论文。7、资料或书籍里有些内容看不懂，应对办法：向我指引教师请教。七、论文工作量预计毕业论文字数不少于8000字，预计要用为时18周时间 八、参照文献1 王益全.电动机原理与实用技术.北京:科学出版社，2 李钟明,刘卫国.稀土永磁电机.第一版.北京:国防工业出版社，19993 唐苏亚.电动车辆及其电机发展概况.电机技术，19964 陈清泉，詹宜巨.21世纪绿色交通工具一电动车.北京:清华大学出版社，广州:暨南大学出版社，5 唐苏亚.国内电动自行车产业发呈现状.电机技术， 6 周志新.电动自行车构造与维修.江苏:江苏科学技术出版社，7 张深.直流无刷电动机原理与其应用.机械工业出版社，19968 韦敏，季小尹.MC33035在直流无刷电机控制中应用.电工技术杂志，9 卢静，陈非凡，张高飞等.基于单片机无刷直流电动机控制系统设计.北京机械工业学院学报，10 梁正峰，王磊.电动自行车用无刷直流电动机控制系统研究.电气传动自动化，11 陈钢，刘刚.电动自行车变频调速研究.湖北工学院学报12 曹建平.电动自行车调速控制电路研究.电子工程师，13 谢运祥,欧阳森.电力电子单片机控制技术. 机械工业出版社，14 叶金虎.当代无刷直流永磁电动机原理和设计.辞学出版社，15 许大中,贺益康.电机控制.浙江大学出版社，16 王成元,夏加宽,杨俊友,孙益标.电机当代技术.机械工业出版，17 姚国强,钱锐,陆成鹰.机电设备单片机控制技术. 辞学出版社，18 顾绳古.电机及拖动基本. 机械工业出版社，19 日海老原大树.电动机技术实用手册.辞学出版社，20 黄俊,王兆安.电力电子变流技术. 机械工业出版社，21 余永权,汪明慧,黄英.单片机在控制系统中应用.电子工业出版社 ，22 张琛.直流无刷电机原理及应用.北京机械工业出版社，199623 谭建成.电机专用控制燕成电路.北京机械工业出版社，199724 张立,黄两一.电力电子场控器件及其应用北京机械工业出版社，199525 余永权,李小青,陈林康.单片机应用系统功率接口技术. 北京航空航天大学出版社,199126 李志民,张遇杰.同步电动机调速系统.北京机械工业出版社,199527 张琛.直流无刷电动机原理及应用北京机械工业出版社,九、指引教师审查意见