横向磁场永磁电机方波控制及仿真_钱儿

横向磁场永磁电机方波控制及仿真_钱儿
横向磁场永磁电机方波控制及仿真_钱儿

横向磁场永磁电机的发展和研究现状

横向磁场永磁电机的发展和研究现状 【摘要】横向磁场永磁电机因其高转矩密度和高效率的优点,吸引各国电机设计人员们对其结构设计、制造工艺、磁场分析及运行性能等方面展开了具体研究。在查阅现有的国内外相关文献资料的基础上,系统介绍了横向磁场永磁电机的主要拓扑结构的特点,分析了当前国内外横向磁场电机的主要研究方向,最后对其应用前景进行了展望。 【关键词】横向磁场;拓扑结构;自定位转矩;功率因数 1.引言 横向磁场永磁电机(Transverse Flux Permanent Magnet Machine,简称TFPM)是由德国著名电机专家H.Weh教授率先于1986年提出的一种新型电机结构,与传统电机相比,横向磁场电机具有以下特点[1][2]: (1)电机的每相都完全独立,因此相与相之间没有电磁耦合,可提高电机的容错能力。 (2)电机磁路呈三维分布,磁路与电路(线圈部分)处于不同平面,定子尺寸和线圈尺寸相互独立,从而使TFPM能够同时获得较大的定子齿横截面和线圈横截面,大大提高了电机的转矩密度,其输出大约是标准工业用异步电机的5~10倍。 (3)在保持转速、电机主要尺寸、气隙磁密等参数不变时,TFPM的功率与电机的极对数成正比,适用于低速、大转矩场合。 近几年来,随着电动车、电力直接推进装置和风力发电技术研究的深入,对高转矩密度、低速直接驱动电机的要求更为迫切,于是横向磁场永磁电机因其上述优点成为了新型电机的研究热点之一。许多欧美经济发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行横向磁场电机的理论和应用研究,丰富了横向磁场永磁电机的拓扑结构,促进了横向磁场电机的发展。本文较系统地介绍分析了当前横向磁场永磁电机的主要拓扑结构,阐述了当前国内外横向磁场电机的主要研究方向和方法,并对横向磁场电机存在的问题也做了简单介绍。 2.横向磁场电机的拓扑结构形式 按照永磁体的有无及安装方式来分,横向磁场电机拓扑结构可以分为四类:平板式、聚磁式、无源转子式和磁阻式[3]。 图1为德国亚琛的G.Henneberger教授设计的外转子平板式横向磁场永磁电机。这种结构中,永磁体被均匀地平铺于转子表面,相邻的永磁体被充磁成不同的极性,充磁方向一般为径向,U形定子铁心以两倍极距均匀分布在圆周上,其

U型无铁心永磁同步直线电机磁场建模与分析

喏名L 乃农别名阄2018,45 (2)研究与设计I EMCA U 型无铁心永磁同步直线电机磁场建模与分析 李争",张家祯",王群京2 (1.河北科技大学电气工程学院,河北石家庄 050018; 2.安徽大学高节能电机及控制技术国家地方联合工程实验室,安徽合肥230601) 摘要:传统的铁心式直线电机由于铁心开断的影响,造成了横向和纵向边端效应,使推力输出波动较 大;无铁心 直线电机 槽 的优点,结构简单,控制灵活。采两种 铁心 直线电机 的问题, 和 电 , 采 电机 , 验 计算的 。 电机 的影响。 电机 , 了 优化设计,为 电机的设计与 了 。 关键词:无铁心"直线电机;磁场分析;解析法"有限元法中图分类号: TM 351 文献标志码:A 文章编号:1673-6540(2018)02-0075-06 Magnetic Field Modeling and Analysis of U-Shaped Ironless Permanent Magnet Synchronous Linear Motor * Ll Zheng 1, ZHANG Jiazhen 1, WANG Qunjing 2 (1. School of Electrical Engineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuan 2. National Engineering Laboratory of Energy-saving M otor & Control Technique,Anhui University , Hefei 230601,China ) Abstract : Due t o the influence of tlie core breaking ,the traditional iron core linear motor had the end-effect of lateral and vertical side ,which m ade the output of the thrust line fluctuate greatly. The ironless permanent magnet synchronous linear motor has the advantages of zero slot effect , simple structure and flexible control. Based on the analysis of air gap magnetic field ironless permanent magnet synchronous linear motor problems by using two kinds of analytical method ,namely e quivalent magnetic potential method and the equivalent magnetizing current method ,and the finite element analysis of the magnetic field using the finite element method. The analytical m field analysis was verified to be accurate. By changing the motor parameters ,the optimization design was achieved , which provided the r eference for the design and analysis of same kind of motors. Key words : ironless ; linear motor ; magnetic field analysis ; analytical method ; finite element method 0 ^ * 更小、效率更高,系统的精度、稳定性和响应速度0 能 优越。齿槽 和端 直线电机把电能直 成直线推 于铁心式 直线电机中,会造成电机动态动力能的 ,与传统的 电 机 ,直线电机 能差、振动 高、系统 ,影响电机 传动 , 统结构更简单、 和 [1]; 铁心 直线电 *基金项目:国家自然科学基金项目(51577048,51637001,51107031);河北省留学人员科技活动项目择优项目(C 2015003044);高节 能电机及控制技术国家地方联合工程实验室开放课题基金项目( K F K T 201601) 作者简介:李争(1980—),男,博士,教授,硕士生导师,研究方向为特种电机及其控制。 张家祯(1993—),女,硕士研究生,研究方向为直线电机设计与控制技术。王群京(I 960—),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为电机及其控制技术。 一 75 —

无刷直流电机的驱动及控制

无刷直流电机驱动 James P. Johnson, Caterpiller公司 本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机(BLDC)的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的,输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变,以便保持磁场定向,或优化定子电流与转子磁通的相互作用,类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。可以预见,随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加,BLDC必然会进一步广泛运用。 2011-01-30 23.1 BLDC基本原理 在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是:“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离,只要满足这一定义均为所指。”

图23.1 无刷直流电机构形 2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机,它们包括: 1 永磁同步电机(PMSMs); 2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机; 3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机; 4 内嵌式磁铁无刷直流电机; 5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机; 6 轴向磁通无刷直流电机。 图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的,其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距,或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电

直流无刷电机的控制技术

直流无刷电机的控制技术 摘要围绕直流无刷电机控制运用广泛技术——基于DSP的控制系统进行了系统研究,采取模糊控制策略,设计出上位监控系统,数字化、智能化的控制系统提出方案,实践证明了系统的平稳性和快速性满足要求。 关键词直流无刷电机;DSP控制;模糊控制 0引言 数字信号(Digital Signal Processing ,DSP)是涉及很多学科,它广泛被用于很多学科与技术领域。数字信号处理器称为DSP芯片,适用在数字信号处理运算的微处理器,能够快速的在数字信号处理算法上实现。现今,DSP芯片用于运动上的控制、数控机床的控制、航天航空的控制、电力系统上的操作、自动化仪器的控制等各个领域[1],该文主要介绍这种基于DSP芯片控制直流无刷电机智能化控制系统的设计。 1 系统结构设计 系统组成由“PC 上位机、电源单元、TMS320LF2407 DSP芯片、无刷直流电机、检测单元、功率驱动模块、通讯接口”等。(见图1) 1.1 DSP芯片的选择 DSP芯片的选择是很重要的,选对了DSP芯片才能设计出其外围电路和其他电路。DSP芯片的选择要根据实际的应用系统进行确定。DSP芯片由于场合不同选择的也就不同,我们要考虑DSP芯片的运算速度、价格、运算精度、功耗、硬件的资源等。我们根据系统要求,选择TI公司TMS320LF2407芯片。 1.2无刷直流电机 该电机采取1500转/分, 无刷直流电机采用1.78A、27V电压进行供电,电机换向电路主要是由控制和驱动组成,直流无刷电机自身属于机电能量转换部分,该部分由电机电枢、永磁、传感器组成。我们把电机的电轴绕组在定子上、把永磁放在转子上,其目的是为了实现换向。无刷直流电机的工作方式是两相导通的星型3相6状态,这样操作方式是因为转子在旋转定子电流中进行不断换相来保证两个磁场电流方向不发生改变,控制3相定子电流通电顺序与大小控制电机旋转的速度。 1.3功率的驱动模块 TOSHIBA公司采用IPM系列智能型模块,IPM主要集成了检测、控制、逻辑、保护电路这样有效提高了稳定性与可靠性。东芝的高速光耦TLP550(F)是

永磁直线电机精确相变量建模方法(精)

第29卷第9期中国电机工程学报V ol.29 No.9 Mar.25, 2009 98 2009年3月25日 Proceedings of the CSEE ?2009 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号:0258-8013 (2009 09-0098-06 中图分类号:TM 351;TM 359 文献标志码:A 学科分类号:470?40 永磁直线电机精确相变量建模方法 曾理湛1,陈学东1,李长诗2,农先鹏1,伞晓刚1 (1. 数字制造装备与技术国家重点实验室(华中科技大学,湖北省武汉市 430074; 2. 郑州轻工业学院机电工程学院,河南省郑州市 450002 Accurate Phase Variable Modeling of PM Linear Motors ZENG Li-zhan1, CHEN Xue-dong1, LI Chang-shi2, NONG Xian-peng1, SAN Xiao-gang1 (1. State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment & Technology (Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei Province, China; 2. College of Mechanical and Electrical Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, Henan Province, China ABSTRACT: This paper proposes a general finite element (FE based phase variable modeling method of permanent magnet (PM linear motors for the accurate dynamic simulation of drive systems. A general phase variable model of PM linear motors is established taking account of the effects of the nonideal geometrical structure on the thrust force, in which the mover position dependent variables are obtained from FE

一种微小型永磁直流直线电机

第10卷 第1期2006年1月   电 机 与 控 制 学 报 EL EC TR IC MACH I N ES AND CON TROL   Vol 110No 11Jan .2006 一种微小型永磁直流直线电机 王坤东, 颜国正 (上海交通大学电信与电气工程学院820所,上海200030) 摘 要:针对永磁直流直线电机的微型化问题,提出了近似拼接的设计方案,优化了结构参数,并 加工出样机进行了试验。在尺寸所限下,该电机使用多个长方体永磁块拼接的正八边形来近似逼近全径向磁化管形磁铁励磁。利用有限元分析软件Max W ell910优化了气隙和磁铁厚度等结构参数。对样机进行了试验分析,结果表明电机驱动力和电流呈线性关系,在整个行程中,输出力均匀,驱动力在电流01004A 时可达0172N,线圈温度在5516°C 。关键词:微小型;永磁;直线电机;有限元优化 中图分类号:T M351 文献标识码:A 文章编号:1007-449X (2006)01-0070-04 A m i n i a ture per manent magnet li n ear DC motor WANG Kun 2dong, Y AN Guo 2zheng (School of Electrical and I nf or mati on Eng .,Shanghai J iaot ong Univ .,Shanghai 200030,China ) Abstract:This paper p resented a method based on j ointed per manents for m iniature of DC linear mot or .Structural para meters were op ti m ized .Pr ot otype was manufactured t o make s ome experi m ents .Under the constraint of m icr o di m ensi on,several rectangular per manent magnets were j oined t o be octagon,whose field app r oaches the filed of tube 2shaped per manent magnetized at radial directi on .Based on the FEA s oft w are Max W ell 910,the structural para meters such as dep th of air gap and per manent magnet were op 2ti m ized .The characters of mot or are analyzed thr ough experi m ents .Research de monstrates that driving f orce is p r oporti onal with the current,and driving force is stable in the whole str oke,and driving force reaches 0172N when the current strength is 01004A ,and the te mperature of coil rises t o 5516°C .Key words:m iniature;per manent;linear mot or;FE op ti m is m 收稿日期:2004-10-21;修订日期:2005-06-15 基金项目:国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2001AA422210) 作者简介:王坤东(1978-),男,博士研究生,研究方向为微型特种机器人; 颜国正(1960-),男,博士后、教授、博士生导师,研究方向为特种机器人、仿生机械。 1 引 言 在微小空间进行作业的行走机构,如工业细小管道或人体消化道的检测机器人等,要求直径在10~15mm 之间,同时对驱动技术也提出了新的要求, 如驱动力大、控制方便、可靠等[1,2] 。微型旋转电机受尺寸的限制,加上将旋转运动变为直线运动的中间机构也占有一定空间,因此将外形尺寸控制在直径为10mm 以下比较困难 [3] 。压电驱动器行程较 短,一般都是在μm 量级,存在如何将位移进行放大 的问题,而且驱动力很难控制[4] 。形状记忆合金驱动器由于记忆合金的加热变形—冷却回复的时间较 长,因此速度较慢[5] 。直线电机是近年来出现的一种新型驱动技术,它将电能直接转换为直线运动的机械能,不需要运动转换的中间机构,因此结构尺寸上能够进一步减小。直线电机种类繁多,其中永磁直流直线电机由永磁励磁,结构简单,控制方便。从现有的产品看,还没有出现直径在10mm 以下的圆

新型横向磁通永磁电机磁场研究

第27卷第24期中国电机工程学报V ol.27 No.24 Aug. 2007 2007年8月Proceedings of the CSEE ?2007 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号:0258-8013 (2007) 24-0058-05 中图分类号:TM341 文献标识码:A 学科分类号:470?40 新型横向磁通永磁电机磁场研究 褚文强,辜承林 (华中科技大学电气与电子工程学院,湖北省武汉市 430074) Study on Magnet Field of Novel Transverse-flux Permanent Magnet Machine CHU Wen-qiang, GU Cheng-lin (College of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei Province, China) ABSTRACT: Firstly,a novel transverse-flux permanent magnet machine(TFPMM) is introduced.Then its no-load magnetic field is analyzed, including flux curve, the influence of different air gap/permanent magnet weight on magnetic field. Beside its cogging torque is also calculated.Finally, The experimental data is given and compared with the magnetic field computation results to prove the method above is available. KEY WORDS: transverse-flux; permanent-magnet machine; magnetic field computation 摘要:简要介绍了一种新型横向磁通电机,然后针对该电机进行了空载磁场分析,给出了磁通变化曲线,分析了气隙长度、永磁体宽度对磁场的影响,同时还计算了电机定位力矩。给出了样机实验数据,并与磁场计算结果进行了对比分析,比较结果说明以上方法是有效的。 关键词:横向磁通;永磁电机;磁场计算 0 引言 横向磁通永磁电机(Transverse-flux permanent magnet machine,TFPMM)是20世纪80年代末由德国的H.Weh教授提出的一种新型电机结构形式[1-2]。磁路结构的改变使其从理论上克服了传统电机齿槽位于同一截面,几何尺寸相互制约,电机转矩难以根本提高的缺陷,特别适合低速、大转矩、直接驱动等应用场合。德国于1988年率先研制了首台45kW横向磁通永磁电机样机,1999年又将TFPMM作为电动车发展优选部件之一;英国Rolls- Royce国际研发中心于1997年设计并制作了3.0MW采用C形定子铁心的TFPMM样机,目前正在研制16相20MW横向磁通永磁电机[3-5];美国通用汽车Allsion传动部着手于研究复合软磁材料(SMC)成形定子的横向磁通电机和爪形齿横向磁通电机,并研制了30kW电动车用横向磁通电机[6-8];国内对横向磁通电机的研究开展较晚,但目前已有不少样机研制成功[9-11]。此外TFPMM还被应用于磁悬浮[12-14]、风力发电、直线驱动[15]等领域。但是上述各种拓扑结构都存在工艺复杂,加工困难,基本上不适合中小功率低速直驱式场合应用。文献[16]提出了一种新型TFPMM拓扑形式,简化了电机结构,降低了对制造工艺的要求,使得TFPMM有可能应用于中小功率场合。本文在文献[16]基础上,利用有限元方法分析了该电机的空载磁场,给出了磁通变化曲线,分析了气隙长度、磁体宽度对磁场的影响,同时还计算了定位力矩,最后对样机的实验数据进行了比较分析。 1 新型横向磁通永磁电机 TFPMM磁路呈三维分布,其拓扑结构变化较为丰富,按其永磁转子结构和磁路特点,可以分为平板式、聚磁式、磁阻式、无源转子式4类[17]。文献[16]正是在德国G.Henneberger教授设计的单边定子平板式TFPMM结构[18]基础上提出一种新型横向磁通电机拓扑结构(内定子、外转子),其定转子结构如图1、2所示,主要结构特点如下: (1)永磁体轴向磁化,相邻磁体极性相反,各相磁体(2p个)沿转子内表面均布,m相磁体轴向分隔,周向对齐。 (2)U形磁轭以两倍极距均布(每相p个),各相独立,三相定子轴向互错120o电角度被固定在非磁性定子支架上。 (3)电枢绕组由同心绕制在U形磁轭中的周向线圈组成。

无刷直流电机控制系统的设计

1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在,无刷直流电机定义有俩种:一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机,而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体,带转子位置信号,通过电子换相控制的自同步旋转电机”,其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义,把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始,由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展,家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展,电机作为设备的重要组成部分,必须具有精度高、速度快、效率高等优点,因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代,第一台直流电动机研制成功,经过70多年不断的发展,直流电机进入成熟阶段,并且运用广泛。 1955年,美国的D.Harrison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,形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初,霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现,标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初,德国人Blaschke提出矢量控制理论,无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高,极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年,在北京举办的德国金属加工设备展览会上,西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器,引起了我国有关学者的注意,自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前,我国无刷直流电机的系列产品越来越多,形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展,无刷直流电机发展的初期,由于大功率开关器件的发展处于初级阶段,性能差,价格贵,而且受永磁材料和驱动控制技术的约束,这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内,都停

无刷直流方波电动机的双闭环控制

无刷直流方波电动机的双闭环控制 摘要:介绍了一种由稀土永磁方波同步电动机、IGBT逆变器及双闭环控制电路构成的新型无刷直流电动机系统,该系统具有结构简单、转矩脉动小、调速精度高、响应快及调速范围宽等优点,实验结果验证了该电动机系统的优良胜能。 关键词:调速系统;逆变器;无刷直流电动机; 双闭环控制 永磁无刷直流电动机在机械和电力系统方面是一种很引人注目的电动机。在普遍的无刷直流电动机的计划里,时间和空间的分布是按照磁力线的密度来考虑的,但是驱动环节的曲线是相差120度的。巨大而细微的转矩是度量无刷电动机效率和低速执行的重要准则,它的直接效果就是在大转矩和细微转矩之间造成一种干扰。 方波电动机来自于它的方波控制,主要在它的方波时空的磁通干扰中产生控制指令。因此方波永磁电动机有很让人羡慕的前景,特别在机器人和商业服务中得到广泛重视。这都是在方波永磁电动机产生的时候所不曾想过的。 1方波永磁电动机驱动系统 方波永磁电动机驱动系统由三个部分组成:转换器,逻辑控制环节(包括速度调节器,时间调节器,和能量逻辑转换控制单元),详述如下: 1.1方波永磁电动机 带有双结构方波永磁电动机是由六个小结构组成的。电机额定电流和机械数据是:200v额定电压,18A的额定电流,3.0k的额定功率,1500转每秒的额定转速,0.0388kg/cm2。 1.2IGBT 变换器 一个变换器对频率/电压的三个阶段的组成适应IGBT 变换器的选择是非常重要的,其结果是他们中和了各种高介的性能。变换器被六个IGBT支配着,没个包括60A的IGBT和一个反馈信号。 1.3能量转换控制逻辑 位置反馈信号被用于同时发生的相位变化的检测。为了这样做,三个位置反

永磁同步直线电机矢量控制系统中初始寻相和电角度的测定

永磁同步直线电机矢量控制系统中初始寻相和电角度的测定 摘要:介绍了永磁同步直线电机的结构。根据矢量控制的特点和要求,提出了一种基于增量式位置传感器的初始寻相和电角度测量方法,并经试验加以验证。 关键词:初始寻相;电角度测定;矢量控制;永磁电机;同步电机;直线电机;实验 O 引言 永磁同步交流直线电机由于其行程长、推力大、响应快等优点,在机械装备中越来越受到重视。 永磁交流直线电机系统存在多个电磁变量和机械变量,在这些变量之间存在较强的耦合作用。为了提高控制效果,获得良好的动态调速特性,矢量控制技术成为永磁直线电机系统中重要的控制手段。 对于永磁同步直线电机矢量控制系统,初始寻相和电角度的测量是影响系统性能的关键之一”如果系统上电时无法精确测定电机的初始相位或者在运行时不能精确测定电机的电角度,系统将无法正确完成直线矢量控制的一系列算法,导致直线电机运动混乱,甚至无法起动。本文针对这个问题,提出了一种基于增量式位置传感器的初始寻相和电角度测量方法。 1永磁同步直线电机及其矢量控制系统 根据永磁体的安装位置,永磁同步直线电机分为表面磁极型和内部磁极型。用于伺服目的的一般采用表面磁极的结构;其凸极效应很弱,气隙均匀且有效气隙大。图1为其结构简图。 在定子表面交错排列着不同极性的铷铁硼磁体。 对于永磁同步旋转电机,矢量控制的中的d轴方向沿着转子上永磁体的磁极方向,q轴超前d轴90。 电角度。永磁同步直线电机可以看成是将永磁同步旋转电机沿轴向剖开而形成的。据此可以确定永磁同步直线电机的d轴和q轴的位置,如图1所示,电角度θ就是d轴和q轴间的夹角。

永磁同步直线电机的矢量控制系统的完薹结构则如图2所示。矢量控制一般采用id=O的控制策略,即控制初级电枢电流矢量在d—g坐标系中的d轴分量为零。此外由于电机的d轴和q轴电压分量仍然存在耦合,需要采用前馈补偿的方法进行接耦。由图2可以看出,电角度θ主要用在2s/二R和2R/2s 变换中。由此可见,直线电机在起动对的初始相位以及在运行时的电角度,是实现矢量控制的重要参数。两参数能否精确测定,关系到矢量控制系统能否实现。 2 电机初始寻相的实现 直线电机在起动时,动子的位置具有不确定性。直线伺服系统中一般采用增量式光栅尺作为位置传感器,无法确定动子的绝对位置及电机的初始相位角。对于直线伺服系统一般还需要一个确定的机械零点;对于增量式系统,每次上电后都需要进行回零点操作,之后才能建立起坐标系统。 为了让直线电机有一个确定的机械零点,可以在直线电机端部安装一个接近开关,并保证在接近开关能检测到的范围内光栅尺有一个z轴脉冲。将光栅尺的z轴脉冲和接近开关的输出信号进行逻辑与,用

无刷直流电机控制技术综述

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/c818328889.html, 无刷直流电机控制技术综述 作者:黄秀勇 来源:《山东工业技术》2017年第14期 摘要:在十九世纪电机诞生的时候,其中实用性的电机就是无刷的形式,其得到了广泛 的运用,随着时代的发展,在上世纪中叶的时候晶体管诞生,直流无刷电机也随之应运而生,无刷直流电机的应用十分广泛,在各个领域都有涉猎。 关键词:直流无刷电机;技术研究;控制技术 DOI:10.16640/https://www.360docs.net/doc/c818328889.html,ki.37-1222/t.2017.14.201 0 引言 经过不断的演变与发展,无刷直流电机综合了交流电机和直流电机的全部优点出现在人们的视野当中,它的出现大大的提高了生产的效率,减少了能源的消耗,得到了广泛的应用和普及。在电机领域中,新型无刷电机的品种众多,其性能和价格都不尽相同,就其的控制来说具有多种方法。 1 无刷直流电机的特点 随着科技的发展,无刷直流电机的出现代替了许多传统的电机,在各个领域都得到了广泛的应用,它具有传统直流电机的全部优点,但同时又除去了碳刷、滑环结构,它在投入使用的过程中具有速度很低的优点,这就大大的减少了用电率,虽说其速度低但其产生的功率却十分巨大,其体积小、重量轻的优点省去了减速机的超大负载量,在使用的过程中效率十分高。由于其除去了碳刷,所以减少了很多消耗,这就使它的省电率相当高,再加上其在运作时不会产生火花,对于一些爆炸性的场所来说更具备安全性,对其的维修和保养方面来说也是十分容易的。综合其特点来看,和其他种类的电机相比其优异性非常显著,因此,无刷直流电机凭借着其充分的优势在很多场合都发挥着重要的作用。 2 转子位置检测技术 逆变器功率器在进行运转的时候,转子在进行运转的时候位置会发生改变,在其位置发生改变的同时会触发组合,使其组合的状态进行不同的改变,这就是无刷直流电机的运行原理,由此看来,想要准确的控制无刷直流电机的运行就必要确保转子的位置,与此同时还要对转子触发的功率器件组合进行相应准时的切换,想要做到这一点是相当困难的。 通过科技水平的不断提高,相关学者提出了检测转子位置的一种新的办法。首先准备一些非磁性导电质地的材料,把这些材料粘在永磁转子的外部;其次,相关设备在工作时会使非磁性材料上产生涡流效应,进而使转子的位置发生相应的改变,最后通过观察检测电压来确定转

51单片机直流无刷电机控制

基于MCS-51单片机控制直流无刷电动机 学号:3100501044 班级:电气1002 :王辉军

摘要 直流无刷电机是同步电机的一种,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。电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响: N=120.f / P。在转子极数固定情况下,改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器),控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正,以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载围当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。 MCS-51单片机是美国英特尔公司生产的一系列单片机的总称,是一种集成电路芯片,采用超大规模技术把具有数据处理能力的微处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入输出接口电路、定时计算器、串行通信口、脉宽调制电路、A/D转换器等电路集成到一块半导体硅片上,这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 本论文将介绍基于MCS-51单片机控制直流无刷电动机的设计,它可以实现控制直流无刷电动机的启动、停止、急停、正反转、加减速等功能。 关键词:单片机,直流无刷电动机,控制系统

直流无刷电动机是在直流电动机的基础之上发展而来的,它是步进电动机的一种,继承了直流电动机的启动转矩大、调速性能好等特点克服了需要换向器的缺点在交通工具、家用电器及中小功率工业市场占有重要的地位。直流无刷电动机不仅在电动自行车、电动摩托车、电动汽车上有着广泛的应用,而且在新一代的空调机、洗衣机、电冰箱、吸尘器,空气净化器等家用电器中也有逐步采用的趋势,尤其是随着微电子技术的发展,直流无刷电动机逐渐占有原来异步电动机变频调速的领域,这就使得直流无刷电动机的应用围越来越广。 本设计就是基于MCS-51系列单片机控制直流无刷电动机,利用所学的知识实现单片机控制直流无刷电动机的启动、停止、急停、正反转,加减速等控制,并对直流无刷电动机运行状态进行监视和报警。详细介绍单片机的种类、结构、功能、适用领域和发展历史、未来前景及其直流无刷电动机的工作原理、控制结构等容,既着重单片机的基本知识、功能原理的深入阐述,又理论联系实际详细剖析单片机控制直流无刷电动机的过程。 1.直流无刷电动机的基本组成 直流无刷电动机是在直流电动机的基础上发展而来的,直流无刷电动机继承了直流电动机启动转矩大、调速性能好的优点,克服了直流电动机需要换向器的缺点,在交通工具、家用电器等生活的方方方面面占有重要的地位。 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。 直流无刷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。图3-1所示为三相两极直流无刷电机结构。 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、

开题报告无刷直流电机的控制系统

合肥师范学院本科生毕业论文(设计)开题报告 (学生用表) 装 订 线

第l章主要叙述了无刷直流电机的发展趋势、无刷直流电机的控制技术、研究背景及意义。 第2章首先介绍了无刷直流电机的基本结构和工作原理,然后给出了常见的无刷直流电机的数学模型及其推导过程,在此基础上对无刷直流电机的稳态特性进行了详细分析。 第3章对本控制系统的总体结构和设计进行介绍。主要包括控制系统的整体方案,控制芯片,控制技术以及控制策略的选择。 第4章对控制系统的硬件电路进行设计,包括DSP最小系统、功率驱动电路、采样检测电路、保护电路等的设计,并对各个部分进行了详细的分析。 第5章以TI公司的CCS开发环境为开发工具,对整个控制系统的软件部分进行了设计。 第6章总结与展望,总结了本文的主要工作,展望了以后工作的研究方向。 五、可行性分析 此次研究是在指导老师的指导下搜集,查阅相关资料,确定能够通过应用DSP 芯片进行控制是最优方案,采用TI公司的TMS320F2812作为控制器。根据现在无刷直流电机的控制技术的发展水平和未来的发展趋势及可操作性进行分析,该课题能够顺利进行。 六、设计方案 6.1无刷直流电机的基本结构 无刷直流电机的设计思想来源于利用电子开关电路代替有刷直流电机的机械换向器。普通有刷直流电机由于电刷的换向作用,使得电枢磁场和主磁场的方向在电机运行的过程中始终保持相互垂直,这样能够产生最大的转矩,从而驱动电机不停地运转下去。无刷直流电机取消电刷实现了无机械接触换相,做成“倒装式直流电机"的结构,将电枢绕组和永磁磁钢分别放在定子和转子侧。无刷直流电机必须具有由控制电路、功率逆变桥和转子位置传感器共同组成的换相装置以实现电机速度和方向的控制[5]。因此,可以认为无刷直流电机是典型的机电一体化器件,其基本结构由电动机本体、驱动控制电路及转子位置传感器三部分组成,如图所示。 无刷直流电机的构成 6.2无刷直流电机的工作原理 普通直流电机的电枢在转子上,而定子产生固定不变的磁场。为了使直流电机旋转,需要通过换相器和电刷不断地改变电枢绕组中电流的方向,使两个磁场的方向始终保持相互垂直,从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转[6]。 无刷直流电动机为了去掉电刷,将电枢放到定子上,而转子做成永磁体,这样的结构正好与普通直流电动机相反。然而即便是这样的改变仍然不够,因为直流电通入定子上的电枢以后,产生的不变磁场还是不能使电动机转动起来。为了达到使电动机

永磁无刷直流电机矢量控制系统实现毕业设计(论文)

摘要 电动汽车具有清洁无污染,能源来源多样化,能量效率高等特点,可以解决能源危机和城市交通拥堵等问题。电动车作为国家“十二五规划”重点发展的节能环保项目,获得了广泛应用和发展。无刷直流电机用电子换向装置取代了普通直流电动机的机械换向装置,消除了普通直流电机在换向过程中存在的换向火花,电刷磨损,维护量大,电磁干扰等问题,成为了电动车驱动电机的主流选择。本文将采用基于空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的正弦波驱动无刷直流电机的方法来解决方波控制下的无刷直流电机启动抖动明显,动矩脉动大,噪声大等问题。控制系统实现了永磁无刷直流电机在不同负载下低转矩纹波,运动平滑,噪音小,启动迅速,效率高的运行效果。 本文主要研究内容如下: 1.对永磁无刷直流电机数学模型与矢量控制工作原理分析,首先对永磁无刷直流电机本体及数学模型分析,接着对矢量控制坐标变换和空间电压矢量脉宽调制技术的原理和实现进行分析。 2.电动汽车用永磁无刷直流电机矢量控制系统实现,首先分析电动汽车用永磁无刷直流电机矢量控制系统结构,最后将电动汽车用永磁无刷直流电机矢量控制系统用Matlab/Simulink仿真。 关键词:电动汽车,无刷直流电机,矢量控制,SVPWM,Simulink

ABSTRACT Electric Vehicle has no pollution and it can supply with diversify energy sources.Also it’s energy efficient is high.These advantages can solve the problems of global energy crisis increasing and city’s traffic jam. Electric Vehicle is widely developed and applied which is called as a national ‘five years plan’focused on development of energy conservation and environment protection projects.The brushless DC motor with electronic commutator which replaces the normal DC motor mechanical switchback unit emerged,and it eliminates a few problems such as commutation sparks,brush wear,a large amount of maintenance,electromagnetic interference and so on,becoming the mainstream selection of the Electric Vehicle drive motor selection. The paper adopted the sinusoidal current drive based on space vector pulse with modulation(SVPWM) method was proposed to solve the problems of start shaking ,large torque ripple and loud noise of brushless direct current motor under the control of square-wave.The control system enabled BLDCM with different load operating in the condition of the low torque ripple smooth rotation ,low noise and high efficiency . The main studies were as follows: (1)Analyzing the mathematical model of BLDCM and the principle of the vector control.firstly,to analyze the ontology of the BLDCM and mathematical model,then analyze the vector control coordinate transformation and theory of space vector pulse width modulation. (2)Electric vehicles with a permanent magnet brushless dc motor vector control system implementation. Firstly analyze the electric car with a permanent magnet brushless dc motor vector control system structure, finally to the electric car with permanent magnet brushless dc motor vector control system with Matlab/Simulink.

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