開題報告(直流無刷電動機系統(tǒng)設(shè)計)

1、一、 題目來源題目來源于生產(chǎn)實際二、設(shè)計的意義及國內(nèi)外狀況1.1設(shè)計的意義一個多世紀以來，電機作為機電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用遍及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域以及人們的日常生活中。電機的主要類型有：直流電機、感應(yīng)電機和同步電機。傳統(tǒng)的直流電機因具有非常優(yōu)秀的線性機械特性，較寬的調(diào)速范圍，良好的啟動性以及簡單的控制電路等優(yōu)點，長期以來一直廣泛地在各種驅(qū)動裝置和伺服系統(tǒng)中。無刷直流電機的組成：無刷直流電動機(Brushless DC Motor,簡稱BLDCM)是一種典型的機電一體化產(chǎn)品,它是由電動機本體、位置檢測器、逆變器和控制器組成的自同步電動機系統(tǒng)或自控式變頻同步電動機。位置檢測器檢測轉(zhuǎn)子磁極的位置信號,

2、控制器對轉(zhuǎn)子位置信號進行邏輯處理并產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號，開關(guān)信號以一定的順序觸發(fā)逆變器中的功率開關(guān)器件，將電源功率以一定的邏輯關(guān)系分配給電動機定子各相繞組，使電動機產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。無刷直流電機具有以下優(yōu)點：1）低噪聲：因為沒有了機械電刷或滑環(huán)式電刷，無刷直流電機消除了除支承、連接以及負載以外的機械噪聲.2）高效率：無刷直流電機是目前電機中最高效率的一種電機，這要歸功于其利用永磁體長生的恒定、持續(xù)的磁場的緣故。在合適的操作條件下永磁無刷直流電機的永磁體具有非常小的去磁系數(shù).3）無勵磁需要：如上所述，無刷直流電機利用永磁體產(chǎn)生恒定磁場，省去了傳統(tǒng)電機的電勵磁部分.4）易維護、壽命長：消除了機械電

3、刷和換相器的無刷直流電機比傳統(tǒng)直流電機構(gòu)造簡單，更易維護，而且電機壽命更長.5）控制結(jié)構(gòu)簡單：無刷直流電機的轉(zhuǎn)矩正比于電機電流，反饋裝置簡單，不需要采用絕對位置編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器，因此較之交流電機更易于控制。正式因為這個原因，目前已有很多半導體廠家生產(chǎn)了適合無刷直流電機控制需要的專用集成電路控制芯片.目前，無刷直流電機的應(yīng)用越來越普遍，國內(nèi)近年來在無刷直流電機的設(shè)計和控制方面有很多的研究，但與國外成熟的產(chǎn)品化相比還有很多地方只得提高。如何在無刷直流電機方面做出積極的研究是很有現(xiàn)實意義的。1.2.國內(nèi)外狀況有刷直流電動機作為最早的電動機廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，由于其寬闊而平滑的優(yōu)良調(diào)速性

4、能，在需要調(diào)速的應(yīng)用領(lǐng)域占有重要地位，但機械換相裝置的存在，限制了其發(fā)展和應(yīng)用范圍。直流電動機的機械電刷和換向器因強迫性接觸，造成其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、火花、噪聲等一系列問題，影響了直流電動機的調(diào)速精度和性能。科學技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來了半導體技術(shù)的飛躍，開關(guān)型晶體管的研制成功為創(chuàng)造新型的無刷直流電動機帶來生機。 “無刷直流電機”的概念已有最初的具有電子換相器的直流電機發(fā)展到泛指一切具有傳統(tǒng)直流電機外部特性的電子換相電機。現(xiàn)今，無刷直流電機集電機、變速機構(gòu)、檢測元件、控制軟件和硬件于一體，形成為新一代的電動調(diào)速系統(tǒng)。無刷直流電機具有最優(yōu)越的調(diào)速性能，主要表現(xiàn)在：調(diào)速方便（可無級調(diào)速），調(diào)速范圍寬

5、，低速性能好（起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流?。?，運行平穩(wěn)，噪音低，效率高，應(yīng)用場合從工業(yè)到民用極其廣泛。如電動自行車、電動汽車、電梯、抽油煙機、豆?jié){機、小型清污機、數(shù)控機床、機器人等。由于無刷直流電機具有這些優(yōu)點，因此在2004年的國際電機會議上提出了有刷電機將被無刷電機取代這一發(fā)展趨勢。我國目前是世界最大的永磁體（生產(chǎn)無刷電機的主要原材料）生產(chǎn)供應(yīng)基地，中國還將要成為全球最大的無刷電機生產(chǎn)國。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，車用小功率電機的需求增長帶動了以永磁無刷直流電機為主體的車用小功率電機的興起，我國正在成為世界電動汽車制造業(yè)的主要供應(yīng)用。二、 無刷直流電動機控制系統(tǒng)組成框圖及基本工作原理1.組成框圖2

6、.基本工作原理電機本體的電樞繞組為三相星型連接，位置傳感器與電機轉(zhuǎn)子同軸，控制電路對位置信號進行邏輯變換后產(chǎn)生控制信號，控制動信號經(jīng)驅(qū)動電路隔離放大后控制逆變器的功率開關(guān)管，使電機的各相繞組按一定的順序工作。圖1-1 無刷直流電動機工作原理示意圖如圖1-1所示，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（順時針）到圖a所示的位置時，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，使T1、T6 導通，即A、B兩相繞組通電，電流從電源的正極流出，經(jīng)T1流入A相繞組，再從B相繞組流出，經(jīng)T6回到電源的負極，此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電機的轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過60電角度，到達圖b所示位置時，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信

7、號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，使T1、T2導通，A、C兩相繞組通電，電流從電源的正極流出，經(jīng)T1流入A相繞組，再從C相繞組流出，經(jīng)T2回到電源負極。此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電機的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60電角度，逆變器開關(guān)就發(fā)生一次切換，功率開關(guān)管的導通邏輯為T1、T6T1、T2T3、T2T3、T4T5、T4T5、T6T1、T6。在次期間，轉(zhuǎn)子始終受到順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60電角度，定子繞組就進行一次換流，定子合成磁場的磁狀態(tài)就發(fā)生一次躍變?？梢?，電機有6種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導通，每相繞組的導通時間對應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120電角度。

8、無刷直流電動機的這種工作方式叫兩相導通星型三相六狀態(tài)，這是無刷直流電動機最常用的一種工作方式。四、研究內(nèi)容1.無刷直流電機在國內(nèi)外的發(fā)展水平和研究情況。2.無刷直流電機的原理及資料分析。3.無刷直流電機的選擇。4.無刷直流電機控制系統(tǒng)分析和確定。5.無刷直流電機的維護分析和故障處理。6.總結(jié)設(shè)計并寫出心得體會。五、研究方案與步驟（一）研究方案：1.認真查閱資料確定設(shè)計方案。2.進行相關(guān)計算選取需要的元件和裝置。3.畫出相應(yīng)接線配置圖。4.畫出總設(shè)計圖。5.進行校驗改正，完成畢業(yè)論文。（二）步驟：1.設(shè)計方案的確定。2.無刷直流電機的資料分析。3.接線的確定和相關(guān)配置圖的確定。4.無刷直流電機故

9、障的檢測方法。5.無刷直流電機故障預(yù)防措施。6.總結(jié)。六、存在問題及其解決方法1.設(shè)計出來的方案可能不符合實際要求，不能滿足現(xiàn)實狀況，向有相關(guān)經(jīng)驗者請教并仔細修改。2.設(shè)計中應(yīng)主要依據(jù)現(xiàn)有基礎(chǔ)資料，現(xiàn)行有關(guān)電氣規(guī)程、規(guī)范。3. 設(shè)計中應(yīng)認真理解現(xiàn)行有關(guān)電氣規(guī)范，知識面開闊，提高質(zhì)量意識。4.認真復(fù)核所收集資料的準確性，多進行方案討論。5.在Word里畫圖存在一些困難，應(yīng)對辦法：利用Auto CAD或其他電氣繪圖軟件畫好后再粘貼、復(fù)制到Word中。6、在中國知網(wǎng)中找的相關(guān)資料很少，應(yīng)對辦法：通過各種途徑借買有關(guān)的書籍來完成畢業(yè)論文。7、資料或書籍里有些內(nèi)容看不懂，應(yīng)對辦法：向我的指導老師請教。七

10、、論文工作量的估計畢業(yè)論文字數(shù)不少于8000字，估計要用為時18周時間 八、參考文獻1 王益全.電動機原理與實用技術(shù).北京:科學出版社，20052 李鐘明,劉衛(wèi)國.稀土永磁電機.第一版.北京:國防工業(yè)出版社，19993 唐蘇亞.電動車輛及其電機的發(fā)展概況.電機技術(shù)，19964 陳清泉，詹宜巨.21世紀的綠色交通工具一電動車.北京:清華大學出版社，廣州:暨南大學出版社，20005 唐蘇亞.我國電動自行車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀.電機技術(shù)，2004 6 周志新.電動自行車結(jié)構(gòu)與維修.江蘇:江蘇科學技術(shù)出版社，20017 張深.直流無刷電動機原理與其應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，19968 韋敏，季小尹.MC3303

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