開題報(bào)告(直流無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì))

1、一、 題目來源題目來源于生產(chǎn)實(shí)際二、設(shè)計(jì)的意義及國(guó)內(nèi)外狀況1.1設(shè)計(jì)的意義一個(gè)多世紀(jì)以來，電機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域以及人們的日常生活中。電機(jī)的主要類型有：直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)。傳統(tǒng)的直流電機(jī)因具有非常優(yōu)秀的線性機(jī)械特性，較寬的調(diào)速范圍，良好的啟動(dòng)性以及簡(jiǎn)單的控制電路等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期以來一直廣泛地在各種驅(qū)動(dòng)裝置和伺服系統(tǒng)中。無刷直流電機(jī)的組成：無刷直流電動(dòng)機(jī)(Brushless DC Motor,簡(jiǎn)稱BLDCM)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品,它是由電動(dòng)機(jī)本體、位置檢測(cè)器、逆變器和控制器組成的自同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)或自控式變頻同步電動(dòng)機(jī)。位置檢測(cè)器檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào),

2、控制器對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行邏輯處理并產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，開關(guān)信號(hào)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(dòng)機(jī)定子各相繞組，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。無刷直流電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）低噪聲：因?yàn)闆]有了機(jī)械電刷或滑環(huán)式電刷，無刷直流電機(jī)消除了除支承、連接以及負(fù)載以外的機(jī)械噪聲.2）高效率：無刷直流電機(jī)是目前電機(jī)中最高效率的一種電機(jī)，這要?dú)w功于其利用永磁體長(zhǎng)生的恒定、持續(xù)的磁場(chǎng)的緣故。在合適的操作條件下永磁無刷直流電機(jī)的永磁體具有非常小的去磁系數(shù).3）無勵(lì)磁需要：如上所述，無刷直流電機(jī)利用永磁體產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，省去了傳統(tǒng)電機(jī)的電勵(lì)磁部分.4）易維護(hù)、壽命長(zhǎng)：消除了機(jī)械電

3、刷和換相器的無刷直流電機(jī)比傳統(tǒng)直流電機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，更易維護(hù)，而且電機(jī)壽命更長(zhǎng).5）控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩正比于電機(jī)電流，反饋裝置簡(jiǎn)單，不需要采用絕對(duì)位置編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器，因此較之交流電機(jī)更易于控制。正式因?yàn)檫@個(gè)原因，目前已有很多半導(dǎo)體廠家生產(chǎn)了適合無刷直流電機(jī)控制需要的專用集成電路控制芯片.目前，無刷直流電機(jī)的應(yīng)用越來越普遍，國(guó)內(nèi)近年來在無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)和控制方面有很多的研究，但與國(guó)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(jī)方面做出積極的研究是很有現(xiàn)實(shí)意義的。1.2.國(guó)內(nèi)外狀況有刷直流電動(dòng)機(jī)作為最早的電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)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(jī)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(dòng)機(jī)的機(jī)械電刷和換向器因強(qiáng)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(dòng)機(jī)的調(diào)速精度和性能?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來了半導(dǎo)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(dòng)機(jī)帶來生機(jī)。 “無刷直流電機(jī)”的概念已有最初的具有電子換相器的直流電機(jī)發(fā)展到泛指一切具有傳統(tǒng)直流電機(jī)外部特性的電子換相電機(jī)?，F(xiàn)今，無刷直流電機(jī)集電機(jī)、變速機(jī)構(gòu)、檢測(cè)元件、控制軟件和硬件于一體，形成為新一代的電動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。無刷直流電機(jī)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(jí)調(diào)速），調(diào)速范圍寬

5、，低速性能好（起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)電流?。?，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，效率高，應(yīng)用場(chǎng)合從工業(yè)到民用極其廣泛。如電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、電梯、抽油煙機(jī)、豆?jié){機(jī)、小型清污機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等。由于無刷直流電機(jī)具有這些優(yōu)點(diǎn)，因此在2004年的國(guó)際電機(jī)會(huì)議上提出了有刷電機(jī)將被無刷電機(jī)取代這一發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)目前是世界最大的永磁體（生產(chǎn)無刷電機(jī)的主要原材料）生產(chǎn)供應(yīng)基地，中國(guó)還將要成為全球最大的無刷電機(jī)生產(chǎn)國(guó)。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，車用小功率電機(jī)的需求增長(zhǎng)帶動(dòng)了以永磁無刷直流電機(jī)為主體的車用小功率電機(jī)的興起，我國(guó)正在成為世界電動(dòng)汽車制造業(yè)的主要供應(yīng)用。二、 無刷直流電動(dòng)機(jī)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(jī)本體的電樞繞組為三相星型連接，位置傳感器與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸，控制電路對(duì)位置信號(hào)進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生控制信號(hào)，控制動(dòng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路隔離放大后控制逆變器的功率開關(guān)管，使電機(jī)的各相繞組按一定的順序工作。圖1-1 無刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖如圖1-1所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（順時(shí)針）到圖a所示的位置時(shí)，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使T1、T6 導(dǎo)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?gòu)腂相繞組流出，經(jīng)T6回到電源的負(fù)極，此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過60電角度，到達(dá)圖b所示位置時(shí)，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信

7、號(hào)經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使T1、T2導(dǎo)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?gòu)腃相繞組流出，經(jīng)T2回到電源負(fù)極。此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dǎo)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(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時(shí)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(jìn)行一次換流，定子合成磁場(chǎng)的磁狀態(tài)就發(fā)生一次躍變。可見，電機(jī)有6種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導(dǎo)通，每相繞組的導(dǎo)通時(shí)間對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120電角度。

8、無刷直流電動(dòng)機(jī)的這種工作方式叫兩相導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)，這是無刷直流電動(dòng)機(jī)最常用的一種工作方式。四、研究?jī)?nèi)容1.無刷直流電機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展水平和研究情況。2.無刷直流電機(jī)的原理及資料分析。3.無刷直流電機(jī)的選擇。4.無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)分析和確定。5.無刷直流電機(jī)的維護(hù)分析和故障處理。6.總結(jié)設(shè)計(jì)并寫出心得體會(huì)。五、研究方案與步驟（一）研究方案：1.認(rèn)真查閱資料確定設(shè)計(jì)方案。2.進(jìn)行相關(guān)計(jì)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(jì)圖。5.進(jìn)行校驗(yàn)改正，完成畢業(yè)論文。（二）步驟：1.設(shè)計(jì)方案的確定。2.無刷直流電機(jī)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(jī)故

9、障的檢測(cè)方法。5.無刷直流電機(jī)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(jì)出來的方案可能不符合實(shí)際要求，不能滿足現(xiàn)實(shí)狀況，向有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)者請(qǐng)教并仔細(xì)修改。2.設(shè)計(jì)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(jì)中應(yīng)認(rèn)真理解現(xiàn)行有關(guān)電氣規(guī)范，知識(shí)面開闊，提高質(zhì)量意識(shí)。4.認(rèn)真復(fù)核所收集資料的準(zhǔn)確性，多進(jìn)行方案討論。5.在Word里畫圖存在一些困難，應(yīng)對(duì)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(guó)知網(wǎng)中找的相關(guān)資料很少，應(yīng)對(duì)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(duì)辦法：向我的指導(dǎo)老師請(qǐng)教。七

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

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