直流无刷电动机毕业设计教材.docx

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直流无刷电动机毕业设计教材

毕业论文（设计）

题目名称：

直流无刷电动机控制电路设计

题目类型：

辅导教师：

余仕求

时间：

2014年3月至2014年5月

长江大学毕业设计（论文）任务书．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅰ

教授

1毕业设计（论文）题目：

直流无刷电动机控制电路设计

2毕业设计（论文）起止时间：

2014年2月21日～6月10日

3毕业设计（论文）所需资料及原始数据（指导教师选定部分）

（1）设计直流无刷电动机调速控制系统主电路、控制电路及调速控制方案。

设计软件控制流程。

（2）电机功率约80瓦，带位置传感器，转速范围在600-3000转/分，连续可调，误差不大于5%。

（3）电机运行的要求是：

运行平稳，不允许有抖动；起动有力，快捷。

通过电位器或按键控制加、减速。

4毕业设计（论文）应完成的主要内容

（1）硬件电路设计

（2）理论设计与分析，理论计算

（3）软件设计调试

5毕业设计（论文）的目标及具体要求

学生通过本次毕业设计，掌握直流无刷电动机的调速方法，学会功率器件的使用及电子线路的设计；能够运用单片机控制电动机调速；运用已学的基本知识和专业技术解决实际问题，掌握软件设计流程，提出可行的方案，锻炼自学和动手能力；培养钻研、求实的科学作风；提高论文写作水平和英语阅读理解能力。

6完成毕业设计（论文）所需的条件及上机时数要求

（1）微机、单片机仿真器

（2）直流无刷电动机；电子器件

（3）上机机时：

150

任务书批准日期2014年3月13日教研室（系）主任（签字）

任务书下达日期2014年3月13日指导教师（签字）

完成任务日期2014年6月10日学生（签名）

开题报告日期2014年3月15日

毕业设计开题报告撰写内容及要求

一、题目来源

二、研究目的和意义

三、阅读的主要参考文献及资料名称

四、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向

五、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路

六、完成毕业设计所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法

七、工作的主要阶段、进度与时间安排

八、指导教师审查意见

注1：

格式要求：

（1）题目名称：

要求与毕业设计题目名称一致，小二号，黑体加粗，居中，段前后各空一行。

（2）学生、指导教师和教学单位署名：

学生、指导教师及所在单位（院系或工作单位）在题目下隔一行，居中，格式：

学生：

×××，×××学院（系），另起一行居中，格式：

指导教师：

×××，工作单位，署名采用小四号仿宋体。

（3）开题报告正文，撰写格式按毕业论文（设计）的排版格式规范要求。

注2：

题目类型是指“研究论文”、“毕业设计”或“毕业创作（设计）”；

题目来源是指题目来源于教师的科研项目、生产/社会实际或实验室建设、其它等。

直流无刷电动机控制电路设计

一、题目来源

结合生产，社会实际。

2、研究目的及意义

当前，随着保护环境、节约能源的呼声日益高涨，无污染、能源可多样化配置的新型交通工具引起了人们的普遍关注，同时也得到了极大的发展，电动自行车便是其中之一。

由于电子控制技术的不断发展，使得对大量应用的电动机性能、质量的要求越来越高，如：

低噪声、高性能、长寿命、小型化、高效节能的要求。

而无刷直流电动机既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、调速性能好等诸多特点，同时克服了有刷直流电机由于机械电刷和换向器的存在所带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等弊病，所以以无刷直流电机作为电动马达的电动自行车产品逐渐受到消费者的青睐。

鉴于无刷直流电机的上述优点以及无刷直流电机作为控制对象的电动自行车在消费市场的巨大潜力，本设计试以C51单片机为主控制芯片，设计一款无刷直流电机控制器。

3、阅读的主要参考文献及资料名称

（1）设计直流无刷电动机调速控制系统主电路、控制电路及调速控制方案。

设计软件控制流程。

（2）电机功率约80瓦，带位置传感器，转速范围在600-3000转/分，连续可调，误差不大于5%。

（3）电机运行的要求是：

运行平稳，不允许有抖动；起动有力，快捷。

通过电位器或按键控制加、减速。

[1] 刘刚，王志强，房建成. 永磁无刷直流电机控制技术与应用[M]. 北京，机械工业出版社，2008.

[2] 李海涛，仪维，吴筱坚等. PIC单片机应用开发典型模块[M]. 北京，人民邮电出版社，2007.

[3] 三恒星科技. PIC单片机易学通[M]. 北京，人民邮电出版社，2006.

[4] 杨耕，罗应立. 电机与运行控制系统[M]. 北京，清华大学出版社，2006.

[5] 张俊. 匠人手记——一个单片机工作者的实践与思考[M]. 北京，北京航空航天大学出版社，2008.

[6] 肖玲妮，袁增贵. Protel 99 SE印刷电路板设计教程[M]. 北京，清华大学出版社，2006.

[7] 谢渊斌. 电动车无刷电机控制器软件设计要点[N]. 《电子报2007年合订本》下册.

[8] 牛海清，谢运祥. 无刷直流电动机及其控制技术的发展[D]. 微电机-2002年5期.

[9] 刘佳峰，谢杨华. 直流无刷电机换相时机的调整[EB/OL]. 电机技术-2006年3期.

[10] 孙欢庆，李桥梁. MC33035在直流无刷电机控制中的应用[EB/OL]. 电机技术-2007年3期.

[11] 葛小荣王庆. 电动自行车控制器MOSFET驱动电路设计[EB/OL]. 电动车情商网.2008.

4、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向

电机分为直流电机、同步电机和异步电机，在我国三种电机的生产分工较为明确，无刷直流电机是三种电机的集合，是电机发展的高层次产品，代表电机的发展方向。

目前无刷直流电机研究刚刚起步，主要集中在高等学校，如浙江大学、北京航空航天大学、上海交通大学等，均在进行1.5kw以下样机的研究试验，清华大学正在做15KW电机的样机实验，中科院正在做28 KW电机的样机实验。

在企业中生产高性能、大容量这种电机的厂家还没有，只有生产结构简单、性能较低、容量在0.2KW以下、用于电动自行车电机的厂家。

国际发达国家对无刷直流电机的研制与中国大体相当，但像美国、日本在无刷直流电机控制方面比中国先进。

针对传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。

由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。

5、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路

本课题的主要内容是设计一个实用可靠的方案，实现对电动自行车用无刷直流电机的控制。

基本要求如下：

1、了解无刷直流电机的工作原理、控制方式以及无刷直流电机控制器的软硬件设计方案；

2、硬件设计的组成部分有电压检测电路、电流检测电路、霍尔位置检测电路、驱动信号预处理电路、功率驱动电路、过流保护电路等模块电路组成；

3、软件设计则通过由硬件采集到得位置信号、电流信号、刹车信号、过流信号、欠压信号等，通过单片机的处理，分别作出换相、同步整流、PWM调制、刹车、过流保护、欠压保护等一些相应的输出动作，以实现对无刷直流电机的控制的目的。

课题研究的方法：

计划采用理论分析研究与实验分析相结合的研究方法。

首先通过查找资料熟悉并掌握单片机的基本原理，然后进行方案设计，在生产厂家进行了解。

通过实践到厂里进行观察、调查、自己动手等方法来完成无刷电机驱动电路的设计。

课题研究的措施：

查找相关资料了解课题相关内容；设计出多个电路设计方案，并对方案进行对比分析，最终确定最终方案，画出电路原理图；最后分析存在的问题然后进行改进，直到达到设计要求。

直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。

其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对

数（2p=2,4,…）组成。

三相两极直流无刷电机组成

三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结，A、B、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。

位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联结。

当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各项绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。

由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。

6、工作条件

计算机一台