高速电机由于转速高、体积小、功率密度高，在涡轮发电机、涡轮增压器、高速加工中心、飞轮储能、电动工具、空气压缩机、分子泵等许多领域得到了广泛的应用。永磁无刷直流电机由于效率高、气隙大、转子结构简单，因此特别适合高速运行。高速永磁无刷直流电机是目前国内外研究的热点，其主要问题在于：（1）转子机械强度和转子动力学；（2）转子损耗和温升。本文针对高速永磁无刷直流电机主要问题之一的转子涡流损耗进行了深入分析。转子涡流损耗是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口引起的气隙磁导变化所产生的。首先通过优化定子结构、槽开口和气隙长度的大小来降低电流空间谐波和气隙磁导变化所产生的转子涡流损耗；通过合理地增加绕组电感以及采用铜屏蔽环的方法来减小电流时间谐波引起的转子涡流损耗。其次对转子充磁方式和转子动力学进行了分析。最后制作了高速永磁无刷直流电机样机和控制系统，进行了空载和负载实验研究。论文主要工作包括： 一、采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小、以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗的影响。对于2极3槽集中绕组、2极6槽分布叠绕组和2极6槽集中绕组的三台电机的定子结构进行了对比，利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算了转子涡流损耗，通过有限元仿真对解析计算结果加以验证。结果表明：3槽集中绕组结构的电机中含有2次、4次等偶数次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗。采用有限元仿真的方法研究了槽开口和气隙长度对转子涡流损耗的影响，在空载和负载状态下的研究结果均表明：随着槽开口的增加或者气隙长度的减小，转子损耗随之增加。因此从减小高速永磁无刷电机转子涡流损耗的角度考虑，2极6槽的定子结构优于2极3槽结构。 二、高速永磁无刷直流电机额定运行时的电流波形中含有大量的时间谐波分量，其中5次和7次时间谐波分量合成的电枢磁场以6倍转子角速度相对转子旋转，11次和13次时间谐波分量合成的电枢磁场以12倍转子角速度相对转子旋转，这些谐波分量与转子异步，在转子保护环、永磁体和转轴中产生大量的涡流损耗，是转子涡流损耗的主要部分。首先研究了永磁体分块对转子涡流损耗的影响，分析表明：永磁体的分块数和透入深度有关，对于本文设计的高速永磁无刷直流电机，当永磁体分块数大于12时，永磁体分块才能有效地减小永磁体中的涡流损耗；反之，永磁体分块会使永磁体中的涡流损耗增加。为了提高转子的机械强度，在永磁体表面通常包裹一层高强度的非磁性材料如钛合金或者碳素纤维等。分析了不同电导率的包裹材料对转子涡流损耗的影响。然后利用涡流磁场的屏蔽作用，在转子保护环和永磁体之间增加一层电导率高的铜环。有限元分析表明：尽管铜环中会产生涡流损耗，但正是由于铜环良好的导电性，其产生的涡流磁场抵消了气隙磁场的谐波分量，使永磁体、转轴以及保护环中的损耗显著下降，整体上降低了转子涡流损耗。分析了不同的铜环厚度对转子涡流损耗的影响，研究表明转子各部分的涡流损耗随着铜屏蔽环厚度的增加而减小，当铜环的厚度达到6次时间谐波的透入深度时，转子损耗减小到最小。 三、对于给定的电机尺寸，设计了两台电感值不同的高速永磁无刷直流电机，通过研究表明：电感越大，电流变化越平缓，电流的谐波分量越低，转子涡流损耗越小，因此通过合理地增加绕组电感能有效的降低转子涡流损耗。 四、研究了高速永磁无刷直流电机的电磁设计和转子动力学问题。对比分析了平行充磁和径向充磁对高速永磁无刷直流电机性能的影响，结果表明：平行充磁优于径向充磁。设计并制作了两种不同结构的转子：单端式轴承支撑结构和两端式轴承支撑结构。对两种结构进行了转子动力学分析，实验研究表明：由于转子设计不合理，单端式轴承支撑结构的转子转速达到40，000rpm以上时，保护环和定子齿部发生了摩擦，破坏了转子动平衡，导致电机运行失败，而两端式轴承支撑结构的转子成功运行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁无刷直流电机样机和控制系统，进行了空载和负载实验研究。对比研究了PWM电流调制和铜屏蔽环对转子损耗的影响，研究表明：铜屏蔽环能有效的降低转子涡流损耗，使转子损耗减小到不加铜屏蔽环时的1/2；斩波控制会引入高频电流谐波分量，使得转子涡流损耗增加。通过计算绕组反电势系数的方法，得到了不同控制方式下带铜屏蔽环和不带铜屏蔽环转子永磁体温度。采用简化的暂态温度场有限元模型分析了转子温升，有限元分析和实验计算结果基本吻合，验证了铜屏蔽环的有效性。
上传时间： 2013-05-18
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无刷直流电动机利用电子换相器代替了直流电动机的机械电刷和换向器，不但具有直流电机的调速性能，而且体积小、效率高，在许多领域已得到了广泛应用。采用无位置传感器控制技术，不但可以克服有位置传感器的诸多弊端，而且还进一步拓展了无刷直流电动机的应用领域。近些年来，无位置传感器无刷直流电动机控制技术成为大家研究的热点之一。 本课题紧扣研究热点，以方波无刷直流电动机为控制对象，设计了一套无位置传感器无刷直流电动机控制系统。该系统采用TMS320LF2407ADSP芯片作为控制核心，运用反电动势过零点检测原理和预定位与升频升压相结合的启动方法，实现无位置传感器无刷直流电动机的控制。为了提高系统的调速性能，控制方法采用了转速、电流双闭环控制。 首先，本文研究了无刷直流电动机的基本结构、性能、工作原理及数学模型，利用数学模型在Matlab/Simulink环境中建立无刷直流电动机的仿真模型。接着，给出了系统总体的设计方案，对控制系统设计中的几个关键技术--反电动势过零点及其相位补偿原理、启动、单神经元PID转速控制器以及PWM产生电路进行了深入的研究。 然后，根据控制系统总体方案和系统功能要求，进行软硬件设计。在硬件设计中，主要进行了DSP最小系统、电流和转子位置检测电路、IR2130驱动电路等方面电路的设计。在软件设计中，主要设计出了主程序和A/D中断程序。其中，主程序包括DSP系统设置、变量初始化、电机正反转选择、电机启动、速度计算及显示等方面程序；A/D中断程序包括反电动势计算、换相时刻计算、电流转速调节子程序等方面程序。 最后，经实验结果表明，电机启动快速、稳定，具有较宽的调速范围。同时，该系统还具有结构简单、可靠性高等特点，具有广泛的应用前景。
上传时间： 2013-07-08
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无刷直流电机具有体积小、重量轻、效率高和转动惯量小等优点，另外它还具有和直流电机一样的调速特性，而没有直流电机复杂的机械换相设备，所以被广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等工业领域，现代工业的快速发展对无刷直流电机控制系统的性能提出了更高的要求。因此，研究具有响应速度快、调节能力强、控制精度高的无刷直流电机控制系统具有十分重要的意义。 直接转矩控制是一种高性能的电机控制方法，它已经成熟的应用在感应电机和永磁同步电机上，实现了优良的稳态性能和动态响应特性。本文通过大量的文献资料阅读，对无刷直流电机及其相关技术的发展、现状和趋势有了一个比较全面的理解，在此基础上，详细分析了无刷直流电机的数学模型，并提出了一套相应的直接转矩控制方案，建立了仿真和试验平台，进行了仿真分析和实验研究，获得了有价值的研究成果。 本文的主要研究内容包括： (1)详细分析了无刷直流电机的运行机理和数学模型，在此基础上阐述无刷直流电机直接转矩控制的基本控制机理，包括基于逆变器二二导通模式的空间电压矢量的定义和针对无刷直流电机具有非正弦波反电动势这一特点而推导的转矩计算公式等。 (2)提出了一套无刷直流电机直接转矩控制的具体实施方案，并根据这套方案建立了基于Simulink(Matlab)的无刷直流电机直接转矩控制的仿真模型，对所提出的控制方案进行了仿真分析。仿真结果验证了该方案在理论上的可行性。 (3)在理论研究的基础之上，设计研制了一套基于DSP+IPM的无刷直流电机直接转矩控制实验系统，编写了控制程序软件，进行了无刷直流电机直接转矩控制的实验。实验结果达到了预期的要求，证实了直接转矩控制在改善无刷直流电机动态调速性能上的优势。 本论文开展了继异步电机和永磁同步电机之后对无刷直流电机实现直接转矩控制的探索性研究工作。通过理论分析、计算机仿真和实验得出了一些有意义的经验和结论，为课题的进一步深入开展奠定了基础。
上传时间： 2013-07-11
上传用户：再见大盘鸡
摘要：交流伺服技术是研发各种先进的机电一体化设备的关键技术，在此前提下，介绍了一种基于西门子S7—222PLC的永磁直流无刷电机伺服控制系统。该系统结合西门子6SC610型晶体管脉宽调制变频器与1FT5无刷伺服电机，位置环采用先进的伪微分反馈控制算法，对无刷电机进行速度和位置伺服控制，并在上位机中进行监控。试验结果表明，采用这种控制方案可以在低成本下使永磁直流无刷电机伺服系统取得良好的控制效果。关键词：伺服系统；无刷直流电机；可编程控制器；伪微分反馈控制
上传时间： 2014-01-10
上传用户：恋天使569
本文介绍了ATmega128 单片机的基本功能，设计了以其为核心的永磁无刷直流电动机控制系统。充分利用它运算速度快、片内外设丰富的特点，采用PWM 方式，实现对无刷直流电动机的位置与速度控制，并给出了总体设计方案和相应的软件策略。传统的无刷直流电动机控制系统一般由分立的模拟器件构成。模拟控制系统使用方便，价格便宜，应用广泛。但是，模拟器件也有本质的缺陷：元器件特征参数受温度影响；器件的老化；不便于维护、无法升级。随着微处理器性能的不断提高，以其为核心的数字控制系统正逐渐应用于无刷直流电动机的控制，并取得了非常好的效果。它终将取代模拟控制系统。ATmega128 单片机是ATMEL 公司研发出的增强型内置Flash 的精简指令集CPU(RISC)高性能低功耗CMOS 微处理器。它片内集成了丰富的外设，大大简化了控制系统的硬件电路，提高了系统的性能，能满足电机控制系统的要求。本文探讨了无刷直流电动机的ATmega128单片机控制系统和无刷直流电动机的控制策略。
上传时间： 2014-01-20
上传用户：zhliu007
本文档对无刷直流 (BLDC) 电机的使用进行了说明。 虽然可将无刷特点应用 于几种类型的电机（交流同步电机、 步进电机、 开关磁阻电机和交流感应电机） ， BLDC 具有梯形反电动势和（120 电角宽度） 矩形定子电流 的永磁同步机器被广泛使用， 其次， 无刷直流驱动器显示出极高的机械功率密度。这份应用报告涵盖了 280x 控制器和从 BLDC 电机驱动中获得高性能的某些系统注意事项。
上传时间： 2020-10-21
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于无刷直流电机的驱动的基本原理，很多教材和文档都已经讲得很清楚了，特别是坛上网友提供的：《无刷直流（BLDC）电机基础》（MicroChip公司，编号AN885）、《Brushless DC Motors Made Easy》（Freescale公司，编号PZ104）和Atmel公司的编号为：AVR194、AVR491、AV R 4 9 2的几篇文档，都写得很不错，深入浅出，很适合入门的初学者学习。稍后我会给出它们的下载链接（见附录一）。不过一上来就让读者自己去看文档，貌似不太厚道，那我这里还是辛苦一下，把各篇文档的精华部分抽取出来，重新组织一下，给大家一个关于无刷电机的比较概要的认识。
标签： 直流电机
上传时间： 2022-06-07
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无刷直流电动机是现代工业设备中重要的运动部件，保留了有刷直流电动机宽阔而平滑的优良调速性能，同时又克服了有刷直流电动机机械换向带来的一系列的缺点，在各个领域中得到广泛应用。本论文阐述了无刷直流电动机的系统构成和工作原理，分析了无刷直流电动机的数学模型、等效电路、传递函数以及调速原理。采用转速电流双闭环控制与H PWM．L ON的脉宽调制方法驱动控制无刷直流电机，并在MATLAB／Simulink平台上进行了计算机仿真。仿真结果表明，控制系统有较好的动静态特性。论文还分析了经典PID控制和模糊控制各自的优缺点，并介绍了结合二者优点的模糊自适应PID控制的优点。在MATLAB／Simulink平台进行了基于模糊自适应PID控制器的无刷直流电机控制系统的计算机建模仿真。与采用经典PID控制器的控制系统相比，采用模糊自适应PID控制器的控制系统的动静态特性都得到改善。本论文设计了无刷直流电机控制系统的硬件，包括控制单元、功率变换单元，并进行了电磁兼容性设计。控制单元以TI的TMS320F2812DSP控制器为核心，设计了位置传感器接口电路、人机界面电路、电平转换电路、电流采样电路以及采样调理电路等。功率变换单元以三菱的IPM PS21 563．P为核心，设计了整流电路、逆变电路、能耗制动电路以及多项保护电路。设计了基于TMS320F281 2 DSP控制器的速度电流双闭环电机驱动控制程序、位置检测程序、电流采样程序、人机界面程序以及各项安全保护程序等。在对硬件部分和软件部分进行调试后，对控制系统进行了实验，通过实验波形，检验了控制系统的工作性能。本文最后对整个系统的设计进行了总结，并对本系统存在的问题和后续的研究工作提出了自己的看法看法。
上传时间： 2022-06-28
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四旋翼飞行器无刷直流电机调速系统的设计提出了一种适用于飞行器上的无传感器型无刷直流电机的控制方案。采用ATmega8作为系统控制器，利用片内模拟比较器，通过比较电机非导通绕组的反电动势与虚拟中点电压得到过零点时刻，并延迟30。电角度作为电机换相时刻。利用MOS管设计了三相桥式驱动电路，采用单边PWM控制方式实现电机调速，采用三段式启动方法实现了电机的软启动。软硬件结合实现了MOS管自检、过流保护、欠压保护的功能，提高了系统的安全性。实验表明，调速系统性能良好．能正常驱动新西达2217外转子式无刷直流电机关键词：无刷直流电机；无位置传感器；调速；四旋翼飞行器；软启动
上传时间： 2022-07-23
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用DSP产生六路PWM波来控制永磁无刷直流电机的转动和换向
上传时间： 2013-06-11
上传用户：liglechongchong
