3
入他
7BJ
皿挣
W.2
4.«M
IQ-0*
（X409
—
——
n-r-r-
—丘UT—
■»―-r■
■w—■_|
■MV斗J
riiL”■1■■j—■■.
MR
1X7
4.043
DOS
1.1
1A
E
表1.1无刷直流电动机生产情况表
另外，在所有类型电机中，无刷直流电动机的损耗较小、效率较高。
有资料做过对比分析，对于7.5kw的异步电机系统效率可达86.4%,但是同样容量的无刷直流电动机效率可达92.4%。
要求的“创建节约型社会”的有着非常重要的意义。
因此，当前对无刷直流电动机及其控制器的研发对于^一五政府报告。
1.2.1无剧直流电动机研究现状
向角的最佳选取问题、无位置传感器的转子位置检测问题、扰问题
自上世纪末起，无刷直流电动机的研究热潮逐渐形成。
在国内，我国的无刷直流电动机的研究在小功率（从几十瓦到几百瓦）已经从科研转向生产，如西安微电机研究所研制的碑42ZW-155ZW-170ZW-係列产品，上海交大研制的卫早卜专用的无刷直流电动机，上海微电机研究所的无刷直流力矩电动机，还有浙江联宜电机厂生产的小功率的电动机的生产已经形成一定规模等，但大功率了田传速的无刷直流电动机的研究方面发展不快，还未形成系列产品。
在国外，各国研究人员纷纷推出自己最新科研成果，其中美国的几Ahmed
Rubaaj博士及其同事共同研制出一种新型的无刷直流电动机，其转子跟普通的无刷直流电动机一样，而其定子却和普通的有刷直流机的转子极为相似，并能以
转子位置传感器及逻辑开关电路，使定子绕组依次换相。
其优点是可在较大范围内自然换向，充分提高了电机体积的利用率。
再如：
美国的工Y.Hung博士等人，利用定子电流谐波的最优权重的设计方法，通过电流调节器等装置有效减少了电磁转矩及齿槽引起的转矩波动.还有英国的丫s.Cen博士研制成功了无齿槽的无刷直流电动机，其主要作用也是减少转矩波动，提高电机效率。
1.2.2本文研究的主要内容
（1）为了更好的研究无刷直流电动机的控制系统，本文将完成以下工作：
（1）
以8位单片机为核心开发一套小型无刷直流电机的控制器。
包括驱动板和主电路。
在此控制器中，要求有转速监测、过电流、过电压等保护，此控制器考虑到经济性能采用霍尔传感器反馈，功率开关器件采用MOSFETo在控制性能要求不高的情况下，此种方案经济实用。
（2）用8位单片机或DS为核心开发一套无刷直流电机控制器.要求：
转矩与输入电流呈线性关系。
此控制器采用编码器反馈，功率开关器件米用IGBT模块，并且有完善的保护功能：
过流保护、过压、欠压保护、过热保护、缺相保护、短路保护等。
2无刷直流电动机的结构、工作原理
2.1无刷直流电动机的基本组成部分
2.1.1无刷直流电动机结构
无刷直流电动机是机电一体化产品，其与传统意义上的电机的区别在在于没
有换向刷，用电子换向器来代替机械换向装置的电机，其定子绕组结构跟一般的
感应电动机的区别不是很大，其主要组成部分包括：
电机本椒定子和转子）、转子位置传感器、控制器和逆变器件。
具体示意图见图2.1所示。
图2.1无刷直流电动机结构图
2.1.2电动机本体
无刷直流电机本体在结构上与永磁同步电动机相似，其定子绕组一般为多相
（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定的极对数组成。
图2.1中的电动机本体为三相两极结构，三相定子绕组与电子换向线路中相应的功率开关器件连接，在图2.1中A相、B相、C相绕组分别与功率开关管vl、v2、v3相接.构成无刷直流电机转子的永久磁钥与永磁有刷电机中所使用的永久磁钥的作用相似，都是在电机的气隙中建立足够的磁场。
其不同之处在于，无刷直流电机中永久磁
钢装在转子上，而有刷直流电机的磁钢装在定子上。
永久磁钢目前多使用稀土永磁材料，如钱铁硼（NdPeB）和衫钻（SmCo等。
由于转子磁钢的几何形状不同，使得转子磁场在空间的分布可近似分为正弦波和方波（梯形波）两种。
因此，当转子旋转时，在定子上产生的反电动势也有两种形式，一种为正弦波形，另一种为方波（梯形波）。
习惯上将反电动势为正弦波电动机称为正弦型永磁同步电动机，而
方波（梯形波）电动机在原理和控制方式上基本与直流电动机类似，故称为无刷直流电机（BLDCM）2.1.3转子位传感器
位置传感器在无刷直流电动机中起着测定转子磁极位置的作用，为逻辑开关
电路提供正确的换相信号，即将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，然后去控制定子绕组换相。
位置传感器种类很多，目前在无刷直流电动机常用的有电磁式位置传感器、光电式传感器、磁敏式位置传感器和旋转变压器等。
电磁式位置传感器是利用电磁效应来测量转子位置，有开口变压器、铁磁谐振电路、接近
开关电路等多种类型。
它具有输出信号大、工作可靠、寿命长、对环境要求小等优点，但这种传感器体积较大，信噪比较低，同时其输出波形为交流，一般需要经整流、滤波方可使用。
光电式位置传感器是利用光电效应，由跟随电机转子一起旋转的遮光部分和固定不动的光源等部件组成，有绝对式编码器和增量式编码器之分。
它具有定位精度高、价格便宜、易加工等特点，但对恶劣环境的适应能力较差，输出信号需加整形电路处理。
磁敏式位置传感器是利用某些半导体敏感元件的电参数按一定规律随周围磁场变化而变化的原理制成。
常见的类型有
霍尔元件、磁敏电阻和磁敏二极管等。
一般说来，它对环境适应能力较强，输出信号好，成本低廉，但精度不高。
旋转变压器一般用在多相电机的控制中，它可以输出多路位置信号，满足多相电机控制的要求，但安装不易，价格较昂贵，普通的三相无刷直流电动机很少用旋转变压器.
2.1.4控制芯片
在无刷直流电动机的控制中，最早用模拟电路及分离式元件组成的电路来控制电机，由于其控制电路复杂，且存在零点漂移现象，稳定性不强。
因此，逐步被高级的数字控制方式所取代，这些高级的数控方式主要采用单片机或DS控制。
近来随着电子器件工数字信号处理器是近年来迅猛发展的新一代数字微处理器，随着价格的大幅度下降，逐渐进入运动控制领域以下简要介绍这几种控制芯。
（I）单片机控制与复杂的模拟电路相比，单片机具有以下特点。
1电路更简单，运算快，程序修改方便。
模拟电路为了实现控制逻辑需要许多电子分立元件，使电路复杂；采用微处理器后，绝大多数控制逻辑可以通过软件实现。
微处理器有更强的逻辑功能，运算速度快，精度高，有大容量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制，如优化控制等。
另外单片机灵活性和适应性强，微处理器的控制方式是由软件完成的，如果需要修改控制规律，一般不必改变芯片的硬件电路，只需修改程序即可，非常方便。
2无零点漂移，控制精度高数字控制不会出现模拟电路中经常遇到的零点漂移问题。
3单片机有较强的控制功能、低廉的成本。
人们在选择电动机控制器时，常常是在满足功能的需要的同时，优先选择成本低的控制器。
因此，单片机往往成为优先选择的目标。
从最近的统计数字也可以看出，世界上每年要有25亿片各种单片机投入使用，单片机是目前世界使用量最大的微处理器。
近些年来，随着微电子技术的发展，新一代的功能更齐全、运算更快的单片机不断出现。
1内部增加了很多模块，如PW发生模块、比较和捕捉模块、A/D转换模块、看门狗、串行通讯接口、D/A转换模块、内部FLASH?
储器甚至CANS讯模块等，大大减
升级会员 