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毕业设计(论文)开题报告
题目:无刷直流电机调速控制系统
院(系)
专业班级
姓名
学号
导师
2012年02月27日
1.毕业设计(论文)综述(题目背景、研究意义及国内外相关研究情况)
(1)题目的背景和意义:
无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的,这一渊源关系从
其名称中就可以看出来。有刷直流电动机从19世纪40年代出现以来,以其优良的
转矩控制特性,在相当长的一段时间内一直在运动控制领域占据主导地位。但是,
有机械接触电刷-换向器一直是电流电机的一个致命弱点,它降低了系统的可靠
性,限制了其在很多场合中的使用。为了取代有刷直流电动机的机械换向装置,
人们进行了长期的探索。早在1917年,Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流
电动机的机械电刷,从而诞生了无刷直流电机的基本思想。
1955年美国的D.Harrison等首次申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电
动机的机械电刷的专利,标志着现代无刷直流电动机的诞生。
无刷直流电动机的发展在很大程度上取决于电力电子技术的进步,在无刷直
流电动机发展的早期,由于当时大功率开关器件仅处于初级发展阶段,可靠性差,
价格昂贵,加上永磁材料和驱动控制技术水平的制约,使得无刷直流电动机自发
明以后的一个相当长的时间内,性能都不理想,只能停留在实验室阶段,无法推
广使用,1970年以后,随着电力半导体工业的飞速发展,许多新型的全控型半导
体功率器件(如GTR、MOSFET、IGBT等)相继问世,加之高磁能积永磁材料(如
SmCo、NsFeB)陆续出现,这些均为无刷直流电动机广泛应用奠定了坚实的基础,
无刷直流电动机系统因而得到了迅速的发展。在1978年汉诺威贸易博览会
上,前联邦德国的MANNESMANN公司正式推出了MAC无刷直流电动机及其驱动器,
引起了世界各国的关注,随即在国际上掀起了研制和生产无刷直流系统的热潮,
这业标志着无刷直流电动机走向实用阶段。
随着人们对无刷直流电动机特性了解的日益深入,无刷直流电动机的理论也
逐渐得到了完善。1986年,H.R.Bolton对无刷直流电动机作了全面系统的总结,
指出了无刷直流电动机的研究领域,成为无刷直流电动机的经典文献,标志着无
刷直流电动机在理论上走向成熟。
我国对无刷直流电动机的研究起步较晚。1987年,在北京举办的联邦德国金
属加工设备展览会上,SIEMENS和BOSCH两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动
器,引起了国内有关学者的广泛注意,自此国内掀起了研制开发和技术引进的热
潮。经过多年的努力,目前,国内已有无刷直流电动机的系列
产品,形成了一定的生产规模。
2.本课题研究的主要内容和采用的研究方案、研究方法
1.电机本体
无刷直流电动机最初的设计思想来自普通的有刷直流电动机,不同的是将直
流电动机的定子、转子位置进行了互换,其转子为永磁结构,产生气隙磁通;定
子为电枢,有多相对称绕组。原直流电动机的电刷和机械换向器被逆变器和转子
位置检测器所代替。所以无刷直流电动机的电机本体实际上是一种永磁同步电
机。由于无刷直流电动机的电机本体为永磁电机,所以无刷直流电动机也称为永
磁无刷直流电动机。
定子的结构与普通同步电动机或感应电动机相同,铁心中嵌有多相对称绕
组。绕组可以接成星形或三角形,并分别与逆变器中的各开关管相连,三相无刷
直流电动机最为常见。
2.逆变器
目前,无刷直流电动机的逆变器主开关一般采用IGBT或功率MOSFET等全控型
器件,有些主电路已有集成的功率模块(PIC)和智能功率模块(IPM),选用这
些模块可以提高系统的可靠性。
无刷直流电动机定子绕组的相数可以有不同的选择,绕组的连接方式也有星
形和角型之分,而逆变器又有半桥型和全桥型两种。不同的组合使电动机产生不
同的性能和成本。综合以下三个指标有助于我们做出正确的选择:
(1)绕组利用率。
与普通直流电动机不同,无刷直流电动机的绕组是断续通电的。适当地提高
绕组利用率将可以使同时通电的导体数增加,使电阻下降,效率提高。从这个
角度来看,三相绕组优于四相和五相绕组。
(2)转
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