无刷直流电动机控制器设计

２００８年１１月第１５卷第６期

控制工程

ＣｏｎｔｍｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＣｈｉｎａ

Ｎｏｖ．２００８

Ｖ０１．１５。Ｎｏ．６

文章编号：１６７１．７８４８｛２００８）０６－０７２０－０４

无刷直流电动机控制器设计

吴炯洋，谢剑英

（上海交通大学自动化研究所，上海２０“ｒ３０）

摘要：针对无刷直流电动机的结构特点与控制要求，设计了基于专用芯片ＭＣ３３０３５和

ＭＣ３３０３９的无刷直流电动机控制器。通过研究发现，对控制信号中的转速信号进行预处理可以

提高控制器的转速控制精度。于是，采用ＡＶＲ单片机ＡＴｍｅｇａ４８对控制信号进行预处理，同时

使控制操作更为安全。相对于完全使用微处理器或数字信号处理器的控制方案，此方案可以

简化软件的设计与调试，并且降低成本。实验结果表明，转速控制精确。该控制器实现了高

性价比，可以广泛地应用于无刷电动机控制领域。

关键词：无刷直流电动机；ＡＶＲ单片机；ＭＣ３３０３５；ＭＣ３３０３９

中图分类号：ＴＰ３３文献标识码：Ａ

ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＤｅｓｉｇｎｏｆＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣＭｏｔｏｒ

ＷＵＪｉｏｎｇ－ｙａｎｇ，ＸＩＥＪ／ａｎ－ｙ／ｎｇ

（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ｓｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｓｈａｎｇｈａｉ２（ＩＸ）３０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔＯｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｂｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｆｂｒｕｓｈｌｅｓ，ｓＤＣｍｏｔｏｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄＯｉｌｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｓＭＣ３３０３５ａｎｄＭＣ３３０３９．Ｐｒｅｔｒｅａｔｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎ，ａｌｓｃａｎｉｍｐｍｖｅｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｒｏｔａｔｅｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌ，８０ｔｈｅＡＶＲｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐＡＴｍｅｇａ４８ｉｓａｄｏｐｔｅｄ．Ｉｔｍａｋｅｓｃｏｎｔｒｏｌｎｌｏｒｅｐｒｅｃｉｓｅａｎｄｓａｆｅ．Ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｄｅｂｕｇｇｉｎｇｏｆｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｓｔｏｆｔｈｅ

ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅｔｅｓｉｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｒｏｔａｔｅｓｐｅｅｄｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｐｒｅｃｉｓｅｌｙ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｃｈｉｅｖｅｓｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｌｏｗｃｏｓｔ，ａｎｄｉｔｃａｎｂｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅａｒｅａｏｆｃｏｎｔｒｏｌｏｆｂｒｕｓｔｄｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒ；ＡＶＲｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ；ＭＣ３３０３５：ＭＣ３３０３９

１引言２总体设计方案

直流电动机具有优秀的线性机械特性、宽的调速范围、大的启动转矩等优点，一直广泛地应用在各种驱动装置和伺服系统中。但普通的直流电动机的电刷和换向器因强迫性接触，造成可靠性差，需要经常维护，且产生火花、噪声等。无刷直流电动机正是在这种情形下产生的，它用电子换向取代机械换向，一经出现就以极快的速度发展…。相对于有刷直流电动机，它的技术难点是电子换相电路中的控制电路设计。

本文提出了基于专用集成电路ＭＣ３３０３５和ＭＣ３３０３９的无刷直流电动机控制器的设计方法，并采用ＡＶＲ单片机ＡＴｍｅｇａ４８对控制信号进行预处理，使得操作更加方便和安全，转速控制更为精准。此控制方案相对于完全使用微处理器或数字信号处理器进行控制，可以大大简化软件的设计与调试，并且能降低成本，提高性能价格比。

无刷直流电动机（ＢＬＤＣＭ）一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体３部分组成。电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用３个霍尔位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序地触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机｜２ｊ。

本设计采用了ＡＶＲ单片机ＡＴｍｅｇａ４８对控制信号进行预处理，经光耦隔离后送至ＭＣ３３０３５。ＭＣ３３０３５再通过驱动芯片Ｔ１２２５０控制电力场效应晶体管（ＭｏｓＦＥＴ）的通断，从而实现电动机控制。而ＭＣ３３０３９则通过转子位置检测元件将电动机的转速送至ＭＣ３３０３５，构成闭环速度控制，使转速控制更为精确。同时，控制器还检测通过电机定子的电流，将其送至ＭＣ３３０３５，一旦过流，随即关断所有ＭＯＳＦＥＴ，保证系统运行的绝对安全。

总体原理框图，如图ｌ所示。

收稿日期：２００７－０７．１２；收修定稿日期：２００７－０８．１３

作者简介：吴炯洋（１９８２．），男，福建龙岩人，研究生，主要研究方向为电动机智能控制等；谢剑英（１９４０－），男，教授，博士生导师。　万方数据

电动车直流无刷电动机的调速控制

电动车直流无刷电动机的调速控制作者：黄涛李晶李志刚单位：武汉理工大学信息学院摘要：对当前无刷电动机在电动车领域的应用做了简单分析，简要介绍了直流无刷电动机的组成和工作原理，提出设计总体方案，详细阐述了驱动电路组成和调速部分的具体实现方法，并且介绍了电路的过流保护功能。关键词：直流无刷电动机霍尔位置传感器驱动电路调速过流保护中图分类号:TP332.3 文献标示码: B Timing Control to the Brushless electromotor of Electric-automobile Author: HuangTao LiJing LiZhigang Department: Information College Wuhan University of Technology Abstract：Analyze simply to the application of Brushless electromotor in Electric-automobile field.Take a introduction to the composing and principle of Brushless electromotor.Give a designing blue print and the material method of the driving circuit and timing control circuit.Moreover,introduce the function of over-current protection. Key words: Direct current Brushless electromotor Hall position sensor Driving circuit Timing Control Over-current protection 1.引言随着当前油价上涨，能源紧张以及人们环保意识的不断加强，具有“节能、环保、轻便灵活”等特点的电动车越来越受到了人们的青睐。目前市场上电动车大多数停留在有刷电动机阶段。有刷电动机采用机械换向，对控制系统的技术要求较低，但是相比无刷电动机，有刷电动机存在着明显的劣势：寿命短，噪声大，效率低，返修率较高，因此电动车采用直流无刷电动机做为驱动系统是一个必然的大趋势。针对这种情况，本文介绍了对电动车直流无刷电动机调速控制的一套切实可行的设计方案，该方案可实现对三相无刷电动机转速进行精确控制。 2. 无刷电动机基本组成和工作原理 2.1 基本组成直流无刷电动机的结构原理如图1所示。它主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。A相、B相、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连接。本设计主要实现电子开关线路的功能。

永磁无刷直流电动机的基本工作原理

永磁无刷直流电动机的基本工作原理无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。 1. 电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。无刷直流电动机的原理简图如图一所示：永磁无刷直流电动机的基本工作原理主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅等频5-26KHZ调制波的对称交变矩形波。永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120°的U、V、W方波，结合正/反转信号产生有效的六状态编码信号：101、100、110、010、011、001，通过逻辑组件处理产生T1-T4导通、T1-T6导通、T3-T6导通、T3-T2导通、T5-T2导通、T5-T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对N-S极，T1-T6功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电角度，转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。 2. 无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，这正是他励直流电动机的电流-转矩特性。电动机的转矩正比于绕组平均电流： Tm=KtIav （N·m）电动机两相绕组反电势的差正比于电动机的角速度： ELL=Keω （V）所以电动机绕组中的平均电流为： Iav=（Vm-ELL）/2Ra （A）其中，Vm=δ·VDC是加在电动机线间电压平均值，VDC是直流母线电压，δ是调制波的占空比，Ra为每相绕组电阻。由此可以得到直流电动机的电磁转矩： Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra） Kt、Ke是电动机的结构常数，ω为电动机的角速度（rad/s），所以，在一定的ω时，改变占空比δ，就可以线性地改变电动机的电磁转矩，得到与他励直流电动机电枢电压控制相同的控制特性和机械特性。

无刷直流电机的建模与仿真

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/d411415106.html, 无刷直流电机的建模与仿真作者：秦超龙来源：《电脑知识与技术》2013年第05期摘要：该文在分析无刷直流电机（BLDCM）数学模型和工作原理的基础上，利用Matlab 软件的Simulink和PSB模块，搭建无刷直流电机及整个控制系统的仿真模型。该BLDCM控制系统的构建采用双闭环控制方法，其中的电流环采用滞环电流跟踪PWM，速度环采用PI控制。仿真和试验分析结果证明了本文所采用方法的有效性，同时也证明了验证其他电机控制算法合理性的适用性，为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路。关键词：BLDCM控制系统；无刷直流电机；数学模型；MATLAB；电流滞环中图分类号： TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）05-1172-03 随着现代科技的不断发展，无刷直流电动机应用技术越发成熟，应用领域也越发广泛，用户对无刷直流电动机使用增多的同时，对其控制系统的设计要求也变得越来越高。包括低廉的设计和搭建成本、短的开发周期、合适的控制算法、优良的控制性能等。而科学合理的无刷直流电动机控制系统仿真模型的建立，对控制系统的直观分析、具体设计，快速检验控制算法，降低直流电机控制系统的设计成本，拥有十分重要的意义。直流无刷电动机利用电子换向原理和高磁性材料，取代了传统的机械换相器和机械电刷，解决了有刷直流电动机换向器可维护性差和较差的可靠性的致命缺点，使得直流电动机的良好控制性能得到维持，直流电动机得到更好的应用。伴随着如今功率集成电路技术和微电子技术的发展，控制领域相继出现了大量无刷直流电动机专用驱动和控制芯片，解决高性能无刷电动机驱动控制问题所提出的解决方案也变得更加丰富和科学，无刷直流电机在控制领域显示出前所未有的广阔应用前景[1]。通过无刷直流电动机控制系统的仿真模型来检验各种控制算法，优化整个控制系统的方法，可以在短时间内得到能够达到预期效果的控制系统。在对无刷直流电机电流滞环控制和数学模型等分析的基础之上，可以利用Simulink中所提供的各种模块，构建出BLDCM控制系统的仿真模型，从而实现只利用Simulink中的模块建立BLDCM控制系统仿真模型。通过对实例电机的仿真，可以得到各类仿真波形，从而验证了仿真模型的有效性和正确性，数学模型的有效性及控制系统的合理性也得到了验证。 1 无刷直流电机的数学模型本文采用两相导通三相六状态的无刷直流电动机来分析无刷直流电动机的数学模型[2-3]。无刷直流电动机的感应电动势为梯形波，电流为方波。考虑到分析的方便、无刷直流电动机的特点，该文直接利用电动机本身的相变量建立物理模型，假定：

直流电动机分类

直流电动机分类直流电动机按结构及工作原理可划分：（1）无刷直流电动机和（2）有刷直流电动机。（1）无刷直流电动机：无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同．在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等)．绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进行合理换相。转子多采用钐钴或钕铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀土料，由于磁极中磁性材料所放位置的不同．可以分为表面式磁极、嵌入式磁极和环形磁极。由于电动机本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。（2）有刷直流电动机可划分：（2、1）永磁直流电动机和（2、2）电磁直流电动机。（2、1）永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。（2、1、1）稀土永磁直流电动机：体积小且性能更好，但价格昂贵，主要用于航天、计算机、井下仪器等。

（2、1、2）铁氧体永磁直流电动机：由铁氧体材料制成的磁极体,廉价，且性能良好，广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域。（2、1、3）铝镍钴永磁直流电动机：需要消耗大量的贵重金属、价格较高，但对高温的适应性好，用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。（2、2）电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。（2、2、1）串励直流电动机：电流串联，分流，励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。（2、2、2）并励直流电动机：并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。（2、2、3）他励直流电动机：励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。

直流无刷电动机及其调速控制

直流无刷电动机及其调速控制 1．直流无刷电动机的发展概况与应用有刷直流电动机从19世纪40年代出现以来，以其优良的转矩控制特性，在相当长的一段时间内一直在运动控制领域占据主导地位。但是，有机械接触电刷-换向器一直是电流电机的一个致命弱点，它降低了系统的可靠性，限制了其在很多场合中的使用。为了取代有刷直流电动机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。早在1917年，Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。 1955年美国的D.Harrison等首次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，标志着现代无刷直流电动机的诞生。无刷直流电动机的发展在很大程度上取决于电力电子技术的进步，在无刷直流电动机发展的早期，由于当时大功率开关器件仅处于初级发展阶段，可靠性差，价格昂贵，加上永磁材料和驱动控制技术水平的制约，使得无刷直流电动机自发明以后的一个相当长的时间内，性能都不理想，只能停留在实验室阶段，无法推广使用。1970年以后，随着电力半导体工业的飞速发展，许多新型的全控型半导体功率器件（如GTR、MOSFET、IGBT等）相继问世，加之高磁能积永磁材料（如SmCo、NsFeB）陆续出现，这些均为无刷直流电动机广泛应用奠定了坚实的基础。在1978年汉诺威贸易博览会上，前联邦德国的MANNESMANN公司正式推出了MAC无刷直流电动机及其驱动器，引起了世界各国的关注，随即在国际上掀起了研制和生产无刷直流系统的热潮，这业标志着无刷直流电动机走向实用阶段。随着现代永磁材料和相关电子元器件的性能不断提高，价格不断下降，无刷电动机的到了快速发展，并被广泛应用于各个领域，例如，在数控机床、工业机器人以及医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺机械和家用电器等小功率场合，计算

无刷直流电机的组成及工作原理

无刷直流电机的组成及工作原理 2.1 引言直流无刷电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机。下文从无刷直流电动机的三个部分对其发展进行分析。 2.2 无刷直流电机的组成 2.2.1 电动机本体无刷直流电动机在电磁结构上和有刷直流电动机基本一样，但它的电枢绕组放在定子上，转子采用的重量、简化了结构、提高了性能，使其可*性得以提高。无刷电动机的发展与永磁材料的发展是分不开的，磁性材料的发展过程基本上经历了以下几个发展阶段：铝镍钴，铁氧体磁性材料，钕铁硼（NdFeB）。钕铁硼有高磁能积，它的出现引起了磁性材料的一场革命。第三代钕铁硼永磁材料的应用，进一步减少了电机的用铜量，促使无刷电机向高效率、小型化、节能的方向发展。目前，为提高电动机的功率密度，出现了横向磁场永磁电机，其定子齿槽与电枢线圈在空间位置上相互垂直，电机中的主磁通沿电机轴向流通，这种结构提高了气隙磁密，能够提供比传统电机大得多的输出转矩。该类型电机正处于研究开发阶段。 2.2.2 电子换相电路控制电路：无刷直流电动机通过控制驱动电路中的功率开关器件，来控制电机的转速、转向、转矩以及保护电机，包括过流、过压、过热等保护。控制电路最初采用模拟电路，控制比较简单。如果将电路数字化，许多硬件工作可以直接由软件完成，可以减少硬件电路，提高其可靠性，同时可以提高控制电路抗干扰的能力，因而控制电路由模拟电路发展到数字电路。驱动电路：驱动电路输出电功率，驱动电动机的电枢绕组，并受控于控制电路。驱动电路由大功率开关器件组成。正是由于晶闸管的出现，直流电动机才从有刷实现到无刷的飞跃。但由于晶闸管是只具备控制接通，而无自关断能力的半控性开关器件，其开关频率较低，不能满足无刷直流电动机性能的进一步提高。随着电力电子技术的飞速发展，出现了全控型的功率开关器件，其中有可关断晶体管（GTO）、电力场效应晶体管（MOSFET）、金属栅双极性晶体管IGBT 模块、集成门极换流晶闸管（IGCT）及近年新开发的电子注入增强栅晶体管（IEGT）。随着这些功率器件性能的不断提高，相应的无刷电动机的驱动电路也获得了飞速发展。目前，全控型开关器件正在逐渐取代线路复杂、体积庞大、功能指标低的普通晶闸管，驱动电路已从线性放大状态转换为脉宽调制的开关状态，相应的电路组成也由功率管分立电路转成模块化集成电路，为驱动电路实现智能化、高频化、小型化创造了条件。 2.2.3 转子位置检测电路

无刷直流电机仿真教程

基于MATLAB／SIMULINK的无刷直流电动机系统仿真 0引言无刷直流电机（Brushless DC Motor，以下简称BLDCM），是随着电力电子技术和永磁材料的发展而逐渐成熟起来的一种新型电机。为了有效的减少控制系统的设计时间，验算各种控制算法，优化整个控制系统，有必要建立BLDCM 控制系统仿真模型。本文在BLDCM数学模型的基础上，利用MATLAB的SIMULINK和S-FUNCTION建立BLDCM的仿真模型，并通过仿真结果验证其有效性。 1无刷直流电机仿真模型本文在MATLAB的SIMULINK的环境下，利用其丰富的模块库，在分析BLDCM数学模型的基础上，建立BLDCM控制系统仿真模型，系统结构框图如图1所示。

图1 无刷直流电机控制原理框图以图1为基础，按照模块化建模的思想搭建的系统的仿真模型如图2所示。整个控制系统主要包括电动机本体模块、逆变器模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等。图2 无刷直流电机控制系统仿真模型框图 1.1电动机本体模块在整个控制系统的仿真模型中，BLDCM本体模块是最重要的部分，该模块根据BLDCM电压方程求取BLDCM三相相电流，而要获得三相相电流信号i a，i b，

i c必须首先求得三相反电动势信号e a，e b，e c，整个电动机本体模块的结果如下图3所示。电机本体模块包括反动电势求取模块，中性点求取模块，转矩计算模块和位置检测模块。图3 电机本体模块 1.反电势求取模块本文直接采用了SIMULINK中的Lookup Table模块，运用分段线性化的思想，直观的实现了梯形波反电动势的模拟，具体实现如图4所示。

无刷直流永磁电动机设计流程和实例

无刷直流永磁电动机设计实例一. 主要技术指标 1. 额定功率：W 30P N = 2. 额定电压：V U N 48=，直流 3. 额定电流：A I N 1< 3. 额定转速：m in /10000r n N = 4. 工作状态：短期运行 5. 设计方式：按方波设计 6. 外形尺寸：m 065.0036.0?φ 二．主要尺寸的确定 1. 预取效率63.0='η、 2. 计算功率i P ' 直流电动机 W P K P N N m i 48.4063 .030 85.0'=?= = η，按陈世坤书。长期运行 N i P P ?'' += 'ηη321 短期运行 N i P P ?'' += 'η η431 3．预取线负荷m A A s /11000'= 4．预取气隙磁感应强度T B 55.0'=δ 5. 预取计算极弧系数8.0=i α 6．预取长径比（L/D ）λ′=2

7．计算电枢内径 m n B A P D N s i i i 233 11037.110000 255.0110008.048 .401.61.6-?=?????=''''='λαδ 根据计算电枢内径取电枢内径值m D i 21104.1-?= 8. 气隙长度m 3107.0-?=δ 9. 电枢外径m D 211095.2-?= 10. 极对数p=1 11. 计算电枢铁芯长 m D L i 221108.2104.12--?=??='='λ 根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L= m 2108.2-? 12. 极距 m p D i 22 1 102.22 104.114.32--?=??==πτ 13. 输入永磁体轴向长m L L m 2108.2-?== 三．定子结构 1. 齿数 Z=6 2. 齿距 m z D t i 22 1 10733.06 104.114.3--?=??==π 3. 槽形选择梯形口扇形槽，见下图。 4. 预估齿宽: m K B tB b Fe t t 2210294.096 .043.155 .010733.0--?=???==δ ，t B 可由设计者经验得1.43T ，t b 由工艺取m 210295.0-? 5. 预估轭高: m B K B a K lB h j Fe i Fe j j 211110323.056 .196.0255 .08.02.222-?=????=≈Φ= δδτ

无刷直流永磁电动机设计流程和实例

直流电机工作原理和有刷直流电机的模型建立

直流电机工作原理和有刷直流电机的模型建立一、直流电机的基本结构直流电机可概括地分为静止和转动两大部分。静止部分称为定子；转动部分称为转子。定、转子之间由空气隙分开，如图。图a所示为直流电机结构，图b所示为直流电机剖面图。 1. 定子部分定子由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。 (1)主磁极它的作用是产生恒定的主极磁场，由主磁极铁心和套在铁心上的励磁绕组组成。 (2)换向极换向极的作用是消除电机带负载时换向器产生的有害火花，以改善换向。 (3)机座机座的作用有两个，一是作为各磁极间的磁路，这部分称为定子磁轭；二是作为电机的机械支撑。 (4)电刷装置其作用，一是使转子绕组能与外电路接通，使电流经电刷输入电枢或从电枢输出；二是与换向器相配合，获得直流电压。 2. 转子部分

转子是直流电机的重要部件。由于感应电势和电磁转矩都在转子绕组中产生．是机械能与电能相互转换的枢纽，因此称作电枢。电枢主要包括电枢铁心、电枢绕组、换向器等。另外转子上还有风扇、转轴和绕组支架等部件。（1）电枢：铁心电枢铁心的作用有两个，一是作为磁路的一部分，二是将电枢绕组安放在铁心的槽内。（2）电枢绕组：电枢绕组的作用是产生感应电势和通过电流，使电机实现机电．能量转换它由许多形状完全相同的线圈按一定规律连接而成。每一线圈的两个边分别嵌在包枢铁心的槽里，线圈的这两个边也称为有效线圈边。（3）换向器：换向器又称整流子，在直流电动机中，是将电刷上的直流电流转换为绕组内的交变电流，以保证同一磁极下电枢导体的电流方向不变，使产生的电磁转矩恒定；在直流发电机中，是将绕组中的交流感应电势转换为电刷上的直流电势，所以换向器是直流电机中的关键部件。换向器由许多鸽尾形铜片（换向片）组成。换向片之间用云母片绝缘，电枢绕组每一个线圈的两端分别接在两个换向片上，换向器的结构如图1-2所示。直流电机运行时在电刷与换向器之间往往会产生火花。微弱的火花对电机运行并无危害，若换向不良，火花超过一定程度，电刷和换向器就会烧坏，使电机不能继续运行。此外，在静止的主磁极与电枢之间，有一空气隙，它的大小和形状对电机的性能影响很大。空气隙的大小随容量不同而不同。空气隙虽小，但由于空气的磁阻较大，因而在电机磁路系统中有着重要的影响。

基于TI2812DSP的无刷直流电动机控制软件设计

三江学院本科毕业设计（论文）题目基于TI2812 DSP的无刷直流电动机控制软件设计电气与自动化工程学院院电气工程及其自动化专业学号B05071006 学生姓名邢小强指导教师熊田忠起讫日期2009年2月23日至2009年5月25日设计地点L422

摘要无刷直流电机既具有直流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，还具备交流电机运行效率高、无励磁损耗及调速性能好等诸多优点，现已广泛应用于工业控制的各个领域。本文在对无刷直流电动机调速系统的发展及应用综述的基础上，介绍了采用DSP芯片对无刷直流电动机进行换向与转速控制的微机控制系统。文中给出了系统的总体设计方案，分析了无刷直流电机的工作原理、控制电路、驱动电路，提出了软件控制无刷电机的策略。阐述了软件框架的基本结构以及各个模块的具体设计方法。文中还对DSP芯片（TMS320F2812）进行了一些介绍。最后运用实际的硬件平台以及上位机软件（LabVIEW）对无刷直流电动机进行监控，证明了该系统工作良好，达到了预期目标。关键词：无刷直流电动机，DSP芯片，软件控制

Abstract Brushless DC motor with a DC motor is simple in structure, reliable operation, easy maintenance, such as a series of advantages, also has high efficiency AC motor run, no excitation loss and good speed, and many other advantages, has been widely used in various industrial control field. This article in the brushless DC motor speed control system overview of the development and application on the basis of the paper introduces the DSP chip on the exchange of brushless DC motor and speed control to the Microcomputer Control System. In this paper, the overall design of the system program, analysis of the brushless DC motor working principle, control circuit, driver circuit, a software strategy for brushless motor control. Framework set out the basic structure of software modules, as well as the specific design methods. The article also DSP Core (TMS320F2812) to introduce a number. Finally, the use of the actual hardware platform, as well as PC software (LabVIEW) for brushless DC motor control, show that the system is good, reaching the target. Keywords: brushless DC motor, DSP chips, Control Software

直流有刷电机与直流无刷电机的对比

直流有刷电机与直流无刷电机的对比 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

无刷直流电机与有刷直流电机的对比直流有刷电机和无刷电机的区别是是否配置有常用的电刷换向器。有刷直流电机的换向一直是通过石墨电刷与安装在转子上的环形换向器相接触来实现的。而直流无刷电机则通过霍尔传感器把转子位置反馈回到控制电路，使其能够获知电机相位换向的准确时间。大多数无刷电机生产商生产的电机都具有三个霍尔效应定位传感器。由于无刷电机没有电刷，故也没有相关接口，因此更干净，噪声更小，事实上无需维护，寿命更长。直流无刷是基于交流调速原理基础上制造出来的，性能方面既有直流电机的启动转矩大，转速稳定调速方便，又有交流电机的结构简单没有易损件（没有直流电机的碳刷）价格方面因为需要专门的驱动故价格要比普通直流电机高3~4倍左右。不过调速方面因为直流无刷电机大部分都自带驱动电路（可以调速，当然也有恒速的）所以驱动起来只要给他接上额定电压后，输入调速PWM信号就可以了。这点无需再添加专门的驱动电路，另外直流无刷电机因为有霍尔元件做反馈，所以转速几乎是稳定恒速的。一、无刷电机与有刷电机的性能比较 1、摩擦大、损耗大有些朋友在用有刷电机的时候经常碰到这个问题，那就是使用电机一段时间后，需要打开电机来清理电机的碳刷，费时费力，维护强度不亚于一次家庭大扫除。 2、发热大、寿命短由于有刷电机的结构原因，电刷和换向器的接触电阻较大，容易发热，而永磁体是热敏元件，如果温度太高，磁钢是会退磁的，使电机性能下降，影响有刷电机的寿命。 3、效率低、输出功率小上面说到的有刷电机发热问题，很大程度是因为电流做功在电机的内阻上了，所以

电动车用无刷直流电动机的调速控制

中图分类号:T M 383 4+1 文献标识码:A 文章编号:1001 6848(2006)07 0088 02 电动车用无刷直流电动机的调速控制黄涛李晶 (武汉理工大学信息学院,武汉 430070) 摘要:对当前无刷直流电动机在电动车中的应用做了简单分析,详细阐述了其驱动电路和调整部分的实现方案以及过流保护等功能。关键词:无刷直流电动机;霍尔位置传感器;驱动电路;调速;过流保护;电动助力车;应用收稿日期:2005 08 29 1 概述当给无刷直流电动机定子绕组通电时,该电流与转子永磁体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位置变换成方波信号,通过控制电路去控制开关线路的通断,从而使定子各相绕组按一定顺序导通,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,因而起到了机械换相器的换相作用。因此,所谓无刷直流电动机,就其结构而言,可以认为是一台由电子开关线路、永磁式同步电动机以及位置传感器三者组成的电动机系统。 2 设计方案本设计应用于控制电动自行车和电动摩托车的无刷直流电动机。最大输出功率700W,采用48V 蓄电池供电,空载转速可达700转/分钟。功率最大时(通常为爬坡时),流过M OSFET 管的电流最高可达20A,因此对M OSFET 管的电流承受能力有一定的要求。本设计中选择IRF540N,其击穿电压为100V,最大可承受电流为33A,可以满足设计要求。为了保护MOSFET 管,延长使用寿命,当电流达到设计的最高电流值时采取过流保护。整个电路以时序逻辑控制为主,对时序的准确性要求相当高。设计方案流程图如图1所示。 3 实现方法由固定在无刷电动机内的霍尔位置传感器输出霍尔信号,即转子位置信号。信号波形如图2所示。以三相无刷电动机为例, 各相信号是占空比为图1 电动车用无刷直流电机设计流程图2 三相霍尔信号波形 50%的方波,相互之间相位差为120!。由三相霍尔信号A 、B 、C 组成的一组编码(先后顺序分别为:101、100、110、010、011、001),经过译码电路及74LS38选择出每个编码所对应时刻时驱动电路中导通的功率管,从而为电动机提供工作电流。驱动电路如图3所示。经74LS38输出的信号通过光电隔离进入驱动电路,光耦全部采用正相接法。对于三相霍尔信号A 、B 、C 各种不同的组合,例如当A 、B 、C 为101时,经74LS138译码器和74LS38与非门输出,到达1、2路光耦输入端为高电平,3、4、5、6路光耦输入端为低电平。由图3所示电路可知,1路和2路光耦分别对应的M OS FET 管M 1、M2导通,通过A 相和C 相对无刷直流电动机提供供电回路。同理,当霍尔信号A 、B 、C 为其它状态值时,亦可通过译码电路及74LS38与非门选择相应的光耦,使输入端为高电平,对应的M OSFET 管轮流导通,如此不断循环换相,从而驱动电动机旋转。 ? 88? 微电机 2006年第39卷第7期(总第154期)

无刷直流电动机的发展现状

. .. 无刷直流电动机的发展现状无刷直流电动机的发展现状：无刷电动机的诞生标志是1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，可靠性差，需要经常维护；换相时产生电磁干扰，噪声大，影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相带来的缺点，以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，且结构简单、运行可*、易于控制。其应用从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。在结构上，与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的定子绕组作为电枢，励磁绕组由永磁材料所取代。按照流入电枢绕组的电流波形的不同，直流无刷电动机可分为方波直流电动机（BLDCM）和正弦波直流电动机（PMSM），BLDCM用电子换相取代了原直流电动机的机械换相，由永磁材料做转子，省去了电刷；而PMSM则是用永磁材料取代同步电动机转子中的励磁绕组，省去了励磁绕组、滑环和电刷。在相同的条件下，驱动电路要获得方波比较容易，且控制简单，因而BLDCM的应用较PMSM要广泛的多。无刷直流电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机。

基于自抗扰控制(ADRC)的无刷直流电机控制与仿真

一、研究意义 1.研究意义由于无刷直流电机在四旋翼飞行器控制中的关键作用以及在生产实践中日益广泛的应用，设计快速且平稳的控制系统成为首要任务。目前, 基于现代控制理论的高性能异步电机调速方法主要是依靠精确的数学模型加上传统的P ID控制。PID控制实际应用效果较好，但又无法避免对负载变化的适应能力差、抗干扰能力弱和受系统参数变化影响等弱点，而且交流调速系统具有非线性、强耦合、多变量及纯滞后等特性, 很难用精确的数学模型描述, 这就使得基于精确数学模型的传统控制方法面临严重的挑战。另外, 经典P ID控制需要根据运行工况的不同而调节控制器参数, 无刷直流电机又具有数学模型复杂，非线性等特点，这给现场调试增加了难度。 2.国内外研究状况及发展（1）无刷直流电机基本控制方法无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机，又称无换向器电机。直流无刷电动机的电机本身是机电能量转换部分，无刷电机的转子上装有永磁体，定子上是电枢，与有刷电机正好是相反的。它除了电机电枢、永磁励磁两部分外，还带有传感器。电机本身是直流无刷电机的核心，它不仅关系到性能指标、噪声振动、可靠性和使用寿命等，还涉及制造费用及产品成本。由于采用永磁磁场，使直流无刷电机摆脱一般直流电机的传统设计和结构，满足各种应用市场的要求，并向着省铜节材、制造简便的方向发展。直流无刷驱动器包括电源部及控制部，电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V)，如果输入是交流电就得先经转换器(converter)转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器(inverter)转成3相电压来驱动电机。换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(V1～V6)分为上臂(V1、V3、V5)/下臂(V2、V4、V6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall-sensor)，做为速度之闭回路控制，同时也做为相序控制的依据。但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。电机驱动电路如图？所示。图1 无刷直流电机的控制电路

永磁有刷直流电动机课程设计

永磁直流有刷电动机课程设计目录摘要一、设计背景及其发展状况二、有刷直流电动机的组成结构和工作原理 1.永磁直流电动机的结构、起动和转动机理 2.永磁有刷直流电动机的反电动势和转矩、转速、调速范围 3.永磁有刷直流电动机的功率和效率三、永磁有刷直流电动机的设计 1.永磁有刷直流电动机主要尺寸的确定 2.永磁有刷直流电动机的绕组设计 3.永磁有刷直流电动机换向器的设计四、磁路计算 1.组抗参数 2.损耗参数 3.外特性 4.效率特性五、个人总结参考文献

摘要永磁有刷直流电机是在直流电机的基础上用永磁铁代替原有磁体材料建立的主磁场。直流电动机采用了永磁励磁后，因省去了励磁绕组，降低了励磁损耗，使其具有结构简单、体积小、效率高、用铜量少等优点。本文分析了永磁有刷直流电机的工作原理,研究了永磁有刷直流电机电磁的特点, ,运用解析计算的方法分析出电机的各项参数。为设计永磁有刷直流电动机，我们依据Matlab强大的数据计算能力建立起了永磁有刷直流电机的数学模型并进行了仿真进而对控制系统进行了一定的分析，同时还对比了在不同的参数下电机的工作性能,为电机系统的设计及其工作的稳定性提供了一定的依据。经设计出的200W永磁有刷直流电动机具有简便高效的特点。关键词永磁直流电机有刷设计电机

一、设计背景及其发展状况 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流在磁场中受机械力的作用，即电流的磁效应。 1821年，英国科学家法拉第总结了载流导体在磁场内受力并发生机械运动的现象，法拉第的试验模型可以认为是现代直流电动机的雏形。 1822年，法国人吕萨克发现电磁铁，，即用电流流过绕在铁芯上的线圈的方法可以产生磁场。在这些发现与发明的基础上，1831年法拉第发现了电磁感应定律，发明了盘式电机。 1831年，法拉第发现了电磁感应定律，并发明了盘式电机。同年，亨利制作了振荡电机。1832年，斯特金发明了换向器，并对亨利的振荡电机进行了改进，制作了世界上第一台能连续旋转运动的电机。 1833年，法国发明家皮克西制成了第一台旋转磁极式直流发电机，主要利用了磁铁和线圈之间的相对运动和一个换向装置，这就是现代直流发电机的雏形。楞次已经证明了电机的可逆原理。 1834年，俄国物理学家雅可比设计并制成了第一台实用的直流电动机。 1838年，雅可比把改进的直流电动机装在一条小船上。 1845年，英国人惠斯通用电磁铁代替天然磁铁矿石，用于制造电机并取得了专利权。1857年，他发明了自励的电励磁发电机，开创了电励磁方式的新纪元。19世纪70年代，爱迪生发明了电灯，开始了商业目的的直流发电机的研制。1871年，凡．麦尔准发明了交流发电机。 1879年，拜依莱（Bailey）首次用电的办法获得了旋转磁场，采用依次变动四个磁极上的励磁电流的方法，如果在四个磁场的中间放一个铜盘，由于感应涡流的作用，铜盘将随着磁场的变动而旋转，这就是最初的感应电动机。 1888年，特斯拉发明了三相异步电机，并申请了专利。 1900年，可靠的卷铁芯式变压器的问世，开创了长距离输电的新纪元。 1967年，钐钴永磁材料的出现，开创了永磁电机的新纪元。由于稀土钴永磁材料价格昂贵，研究重点是航空航天等要求高性能而价格不是主要因素的高科技领域。 1983年，磁性能更高而价格相对较低的钕铁硼永磁材料问世后永磁电机的研究转移到了工业和民用电机上。进入20世纪90年代，随着永磁材料性能的不断提高和完善，和永磁电机研究开发经验的逐步成熟，永磁电机在日常生活的各个方面获得了越来越广泛的应用。现今，永磁直流电机广泛应用于各种便携式的电子设备或器具中，如录音机、VCD 机、电唱机、电动按摩器及各种玩具，也广泛应用于汽车、摩托车、干手器、电动自行车、蓄电池车、船舶、航空、机械等行业，在一些高精尖产品中也有广泛应用，如录像机、复印机、照相机、手机、精密机床、银行点钞机、捆钞机等。

直流电机工作原理和有刷直流电机的模型建立

直流电机工作原理与有刷直流电机得模型建立一、直流电机得基本结构直流电机可概括地分为静止与转动两大部分。静止部分称为定子；转动部分称为转子.定、转子之间由空气隙分开,如图。图a所示为直流电机结构，图b所示为直流电机剖面图。１、定子部分定子由主磁极、换向极、机座与电刷装置等组成。 (1)主磁极它得作用就是产生恒定得主极磁场,由主磁极铁心与套在铁心上得励磁绕组组成。 (2)换向极换向极得作用就是消除电机带负载时换向器产生得有害火花,以改善换向。（3）机座机座得作用有两个，一就是作为各磁极间得磁路，这部分称为定子磁轭;二就是作为电机得机械支撑。 (4）电刷装置其作用,一就是使转子绕组能与外电路接通，使电流经电刷输入电枢或从电枢输出;二就是与换向器相配合，获得直流电压。 2、转子部分

转子就是直流电机得重要部件。由于感应电势与电磁转矩都在转子绕组中产生.就是机械能与电能相互转换得枢纽，因此称作电枢。电枢主要包括电枢铁心、电枢绕组、换向器等.另外转子上还有风扇、转轴与绕组支架等部件. (1）电枢:铁心电枢铁心得作用有两个，一就是作为磁路得一部分，二就是将电枢绕组安放在铁心得槽内. （２）电枢绕组：电枢绕组得作用就是产生感应电势与通过电流，使电机实现机电.能量转换它由许多形状完全相同得线圈按一定规律连接而成。每一线圈得两个边分别嵌在包枢铁心得槽里，线圈得这两个边也称为有效线圈边。（3）换向器:换向器又称整流子,在直流电动机中，就是将电刷上得直流电流转换为绕组内得交变电流,以保证同一磁极下电枢导体得电流方向不变，使产生得电磁转矩恒定；在直流发电机中，就是将绕组中得交流感应电势转换为电刷上得直流电势，所以换向器就是直流电机中得关键部件. 换向器由许多鸽尾形铜片（换向片)组成。换向片之间用云母片绝缘，电枢绕组每一个线圈得两端分别接在两个换向片上,换向器得结构如图 1-２所示. 直流电机运行时在电刷与换向器之间往往会产生火花。微弱得火花对电机运行并无危害,若换向不良,火花超过一定程度，电刷与换向器就会烧坏,使电机不能继续运行。此外，在静止得主磁极与电枢之间,有一空气隙，它得大小与形状对电机得性能影响很大.空气隙得大小随容量不同而不同。空气隙虽小，但由于空气得磁阻较大，因而在电机磁路系统中有着重要得影响。二、直流电机得基本工作原理