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1、合肥工业大学2011届毕业论文开题报告一、背景、现状及发展趋势经过多年的开发，无刷直流电动机在先进国家已大量用于军事、信息业、办公设备等，同时具有体积小、重量轻，可作成各种体积、形状，是当今最高效率的调速电机，无刷直流电动机的基本工作原理：无刷直流电动机由同步电动机和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。同步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，驱动器由功率器件和集成电路等构成，以控制电动机的启动、停止和制动。无刷直流电机因没有碳刷与换向器，没有维修与保养的需要，由于采用永磁转子，没有激磁损耗，综合效率比传统直流有刷电机高出10-20%，不受电压与负载变动的影响，
2、电机可以做成密闭型或防尘防爆型等结构，因此能完全取代传统有刷直流电机。当今交流变频调速非常普遍，但变频调速受限于异步电机的低效率，电机运转在低速时转矩变小，谐波损耗大，速度变动率大，动态性能不佳等缺点，而无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性，同时也是频率变化的装置，又名直流变频，国际通用名词为BLDC，无刷直流电机的运转效率，低速转矩，转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好，所以值得业界关注。二、设计目的通过本次毕业设计使自己对无刷直流电动机在军事、信息业、办公设备等方面的应用有更为充分、细致的理解，进一步掌握其与传统有刷直流电动机、异步电机加变频器的比较及先进之处。三、设计工作1 概述2
3、 无刷直流电动机的工作原理3 无刷直流电动机的选用4无刷直流电机在电动执行器行业的应用5 依托无刷直流电动机6 无刷直流电机与传统直流有刷电机的比较7无刷直流电机发展中要解决的问题8 结论四、设计进度1 收集资料第六学期三月1、2周2 论文写作第六学期三月中旬到四月底3 论文修改第六学期五月1、2周4 论文答辩第六学期五月十五日目 录论产业用无刷直流电机的应用3摘要31 概述41.1 无刷直流电动机简介41.2 无刷直流电动机的工作方式41.3 无刷直流电机动的特点41.4 无刷直流电动机的优点及其作用52 无刷直流电动机的工作原理72.1 基本工作原理72.2 工作原理简图72.3 无刷直流
4、电动机的电磁转矩82.4 与异步电动机的比较93 无刷直流电动机的选用103.1 电动机电磁转矩与体积的关系103.2 负载的最大转矩103.3 转动惯性10 3.4 减速比i的选择103.5多台电动机的高速同步旋转 114 无刷直流电机在电动执行器行业的应用 124.1智能型变频电动执行机构简介 124.2无刷直流变频电动执行机构 125 依托无刷直流电动机 14 5.1无刷直流电动机的外形图14 5.2无刷直流电机产品规范146 无刷直流电机与传统直流有刷电机的比较16 6.1与传统直流有刷电机的比较16 6.2各种直流电机的效果比较图167 无刷直流电机发展中要解决的问题17 7.1磁路
5、结构和设计计算177.2控制问题177.3不可逆退磁问题177.4成本问题 178 结论 18谢辞 19参考文献 20英文文献Inverter operation and maintenance 21中文翻译 26论产业用无刷直流电机的应用摘要：产业用无刷直流电机的特点及工作原理是传统有刷直流电机、异步机加变频器无法替代的，体积小、重量轻，可做成各种体积形状，是当今最高效率的调速电机，因其具有直流有刷电机的特性，同时也是频率变化的装置，又名直流变频，国际通用名词为BLDC，无刷直流电机的运转效率、低速转矩、转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好，所以值得业界关注。关键词：无刷直流电机 永磁同
6、步电机 直流变频 钕铁硼Abstract：Industrial brushless dc motor of the characteristic and work principle is the traditional have BLDCM, asynchronous machine add inverter irreplaceable, small volume, light weight, can make it all sorts of volume shape, is the highest efficiency, the control motor because of its c
7、haracteristics of dc have brushless motor, but also change in frequency, and the device name dc frequency, international general term for BLDC, brushless dc motor operation efficiency, low torque and speed precision than any control technology is still good, so worth inverter industry attention. Key
8、words：Brushless dc motor Permanent magnet synchronous motor Dc frequency Ndfeb 1概述1.1 无刷直流电动机简介 无刷直流电动机的学名叫“无换向器电机”或“无整流子电机”，是一种新型的无级变速电机，它由一台同步电机和一组逆变桥所组成，如图1所示。它具有直流电机那样良好的调速特性，但是由于没有换向器，因而可做成无接触式，具有结构简单，制造方便，不需要经常性维护等优点，是一种理想的变速电机。1.2 在工作原理上有两种不同的工作方式：(1)直流无刷电机：又称“无换向器电机交一直一交系统”或“直交系统”，如图1所示。是将三相
9、交流电源整流后变成直流，再由逆变器转换成频率可调的交流电，但是，注意此处逆变器是工作在直流斩波方式。(2)交流无刷电动机：它是利用交-交变频器向同步机供给交流电。图1 无刷直流电动机1.3 无刷直流电动机的特点：(1)容量范围大：标准品可达400kW，更大容量可以订制。(2)电压种类多：直流供电，交流高低电压均不受限制。(3)低频转矩大：低速可以达到转矩输出，激活转矩可以达到两倍或更高。(4)高精度运转：不超过1 rpm.(不受电压变动或负载变动)。(5)高效率：所有调速装置中效率最高，比传统直流电机高出530%。(6)调速范围：简易型/通用型(1:10)，高精度型(1:100)，伺服型。(7
10、)过载容量高：负载转矩变动在200%以内输出转速不变。(8)体积弹性大：实际比异步电机尺寸小，可以做成各种形状。(9)可设计成外转子电机(定子旋转)。(10)转速弹性大：可以几10转到106转。(11)制动特性良好，可以选用四象限运转。(12)可设计成全密闭型，IP-54，IP-65，防爆型等均可。(13)允许高频度快速激活，电机不发烫。(14)通用型产品安装尺寸与一般异步电机相同，易于技术改造。1.4 无刷直流电动机的优点及其作用：无刷直流电动机Brushless Direct Current Motor ，BLDC，采用方波自控式永磁同步电机，以霍尔传感器取代碳刷换向器，以钕铁硼作为转子的
11、永磁材料；产品性能超越传统直流电机的所有优点，同时又解决了直流电机碳刷滑环的缺点，数字式控制，是当今最理想的调速电机(参考下列美国能源部针对各种不同调速电机效率比较图)。本产品具有高效率、高转矩、高精度的三高特点，同时具有体积小、重量轻、可作成各种体积形状，是当今最高效率的调速电机，与传统直流有刷电机比较，或与交流变频调速比较均有更好的性能；在牵引电机电瓶车EV行业，取代传统直流有刷电机时，除可以达到更高效率，更高激活转矩等特性外，由于采用方波驱动，让铅酸蓄电池有时间修补电极板，可以延长蓄电池的寿命，提高约1.3倍的电池容量，综合效率约可提高一倍左右的电池容量，大大的改善了电瓶车的性能。无刷直
12、流电动机在先进国家已大量用于军事、信息业(IT)、办公设备(OA)、家电业(HA)、DIY手动工具、伺服系统、电动汽车、电瓶车、磁旋浮列车等，经过十多年的开发，生产容量已经达75kW，设计容量可达315kW，可以满足产业自动化及流体机械、空调机械的节电驱动应用。无刷直流电动机具有上述的三高特性，非常适合使用在24小时连续运转的产业机械及空调冷冻主机、风机水泵、空气压缩机负载；低速高转矩及高频繁正反转不发热的特性，更适合应用于机床工作母机及牵引电机的驱动；其稳速运转精度比直流有刷电机更高，比矢量控制或直接转矩控制速度闭环的变频驱动还要高，性能价格比更好，是化调速驱动的最佳选择。由于本产品具有弹性
13、的尺寸及不同的电气特性，除通用型G系列，高激活转矩M系列外，每一种行业的应用都不尽相同，因此用户订货前必须提出电气特性与机械尺寸的要求，图2示出永磁无刷直流电动机与异步电动机变频变压的机械特性比较。 图2 机械特性比较图图2 机械特性比较图注：1 异步电动机变频变压 2 永磁无刷直流电动机（BLDCM）美国能源部对各种驱动电机效率的比较，如图3所示 图3 美国能源部对各种驱动电机效率的比较2无刷直流电动机的工作原理2.1 基本工作原理无刷直流电动机由同步电动机和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。同步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。而转子上粘有已充磁的永磁
14、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。2.2 工作原理简图无刷直流电动机的原理简图如图4所示：主电路是一个典型的电压型交直交电路，逆变器提供等幅等宽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6状态编码信号：101、100、110、010
15、、011、001，通过逻辑组件处理产生T1T4导通、T1T6导通、T3T6导通、T3T2导通、T5T2导通、T5T4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，T1T6功率管即按固定组合成6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
16、，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。图4 无刷直流电动机的工作原理简图2.3 无刷直流电动机的电磁转矩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 （Nm） (1)电动机两相绕组反电势的差正比于电动机
17、的角速度：ELL=Ke （V） (2)所以电动机绕组中的平均电流为：Iav=（Vm-ELL）/2Ra （A） (3)其中，Vm=VDC是加在电动机线间电压平均值，VDC是直流母线电压，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=（VDCKt/2Ra）-Kt（Ke/2Ra）Kt、Ke是电动机的结构常数，为电动机的角速度（rad/s），所以，在一定的时，改变占空比，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。 无刷直流电动机的转速设定，取决于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值为+5V对应的最高转速：Vc（max）
18、n max，那么，+5V以下任何电平即对应相当的转速n，这就实现了变速设定。当Vc设定以后，无论是负载变化、电源电压变化，还是环境温度变化，当转速低于指令转速时，反馈电压Vfb变小，调制波的占空比就会变大，电枢电流变大，使电动机产生的电磁转矩增大而产生加速度，直到电动机的实际转速与指令转速相等为止；反之，如果电动机实际转速比指令转速高时，减小，Tm减小，发生减速度，直至实际转速与指令转速相等为止。可以说，无刷直流电动机在允许的电网波动范围内，在允许的过载能力以下，其稳态转速与指令转速相差在1%左右，并可以实现在调速范围内恒转矩运行。由于无刷直流电动机的励磁来源于永磁体，所以不象异步机那样需要从
19、电网吸取励磁电流；由于转子中无交变磁通，其转子上既无铜耗又无铁耗，所以效率比同容量异步电动机高10%左右，一般来说，无刷直流电动机的力能指针（cos）比同容量三相异步电动机高12%-20%。2.4 与异步电动机的比较由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会象变频调速下重载启动的同步电动机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。 中小容量的无刷直流电动机的永磁体，现在多采用高磁能积的稀土钕铁硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。近30年来针对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找控制异步电动机转矩的，而无刷直流
20、电动机的电流或电枢的端电压，就是直接控制电动机转矩的物理量。过去，由于稀土永磁体价格比较高等因素，限制了稀土永磁无刷直流电动机的应用领域，但是随着技术的不断创新，其价格已迅速下降，例如，BS系列无刷直流电动机的售价已与异步电动机和普通变频器售价之和相差无几。稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。3无刷直流电动机的选用电动机的控制实际上是转矩控制，电动机的体积大小决定于转矩的大小，所以选用电动机时，除了有关安装方式，防护等级以外，莫不以负载转矩稳态负载转矩TL和扰动转矩TL为中心来考虑电动机的选用。3.1电动机的电磁转矩TM决定了电动机的体
21、积D2LX TM=CMD2L其中CM称作电动机常数，它和电动机绕组绝缘等级、散热条件等密切相关。通常标定的电动机输出功率PN是在额定转速nN下连续输出额定转矩TN乘积关系，如果PN以（W）、T以（Nm）、nN以（r/min）表示，则 PN =0.1047TNnNTNNN是电动机的额定角速度， (rad/s)所以，选用电动机（特别是调速应用的电动机）应该说：在XX-XX转速范围内电动机的连续额定转矩TN是多少，或者说：在最大工作转速为XXr/min电动机额定功率是多少。对一个调速比为D=nmax/nmin恒转矩TL运行的调速电动机来说，它的输出功率从Pmin=0.1047nminTL到Pmax=
22、0.1047nmaxTL，如果D=100，则最大和最小输出功率之比为100:1。对于无刷直流电动机来说，转速增加后铁耗和风摩耗近似以转速的平方关系增加，所以输入功率增加比例更大。3.2负载的最大转矩负载的等效转矩，Teq不得超过电动机连续额定转矩，负载的最大转矩不得超过电动机的允许过载转矩。3.3转动惯量减速比i是电动机转速nM和负载转速nL之比，在不计减速机构效率时，两方功率平衡TMnM= TLnL，所以i= nM/nL，i= TL/TM，减速机构相当于放大了电动机的转矩，减小了电动机转速。负载转动惯量JL折算到电动机轴上的转动惯量JL和电动机自身转动的惯量JM之和是：JL + JM = J
23、L/i2+JM ，如果负载质量为m，以V为速度运动，则： 1/2mV2=1/2JL2， JL=mV2/2 利用 JL=JL/i2 , 得 JL+JM=JL/i2+JM=J 3.4减速比i的选择任何瞬时，以下方程都成立TM=TL+B+Jd/dt其中TM是电动机输出转矩，TL是负载和库仑转矩之和，B是阻尼系数，J是系统转动惯量，TL、B、J都是折算到电动机轴上的等效资料，是电动机的角速度。对于系统转动惯量J大的系统宜选择大减速比i的减速机构。对于要求加速快而J又显著较大时，宜选用i=JL/JM，就是选择i，使负载折算转动惯量JL等于电动机转动惯量JM。过大的Jd/dt容易引起负转速波动或震荡，因此
24、应使缓变，避免突变；如果确需突变，则应选用伺服型系统，而不应选用任何一种类型的调速系统，如果Jd/dt远大于TL、B，则在停机时，无刷电动机将在发电机状态工作，在这种状态下，直流母线电压会急剧增长，危及功率器件。为此需在直流母线上增加过压放电电路或使指令电压Vc缓变，使M逐渐降到安全角速度再切断速度指令。否则，需另加制动器以适应快速停转的需要。对于频繁启动或正反转的系统也应遵守软启动、软停止、再启动的原则，并且要核算等效电流IeqIeq=Ii2ti/ti IN3.5 多台电动机的高速同步旋转无刷直流电动机适应多台电动机中高速同步旋转，其转速相差不超过1%。这时需多台电动机共享一个速度指令，对于
25、多台电动机相距远时，需用V/f-f/V变换技术来传递速度指令，防止速度指令电平Vc在传递中因衰减不同而引起指令误差。 4无刷直流电动机在电动执行器行业的应用4.1智能型变频电动执行机构简介电动执行机构是自动化领域的终端执行装置，他相当于自动化的手和脚，随着工业进程的发展，自动控制已延伸到工业现场的各个领域。电动执行机构是典型的机电一体化产品，其主要由结构、电机、控制三部分组成。随着市场需求的变化其正在往智能化、变频控制的方向发展。怎样选择适合于智能控制和变频控制的的电机和控制系统成了电动执行机构进行创新的关健所在。 那么什么是智能型电动执行机构? 现在还没有一个明确的标准去定义,国外的产品所具
26、有的功能一般是国内产品发展的一个方向.目前国内市场比较知名的外国品牌主要有英国罗托克(ROTORK)、德国的西门子(SIEMENS)、ABB等，他们具有什末样的特点呢？简单的分析一下： 1、英国罗托克智能型电动执行器 英国罗托克(ROTORK)公司以IQ系列智能型电动执行器为代表，具有如下特点：参数遥控设定功能。采用专用的红外线手操器来设置执行机构参数，采用了“非侵入式”设计，这在那些要求防爆或防护等级高的场所尤为重要；在线显示参数功能。该产品采用液晶显示技术，可准确显示阀门开、关状态和阀门正常开度参数；完善的自诊断及保护功能。通过测试电机电流，可在线诊断出伺服电机过载及电源的状态，能自动识别
27、三相电源相位，系统故障时执行器可保持在当前位置或运行到预先设定的安全位置；采用现场总线系统控制。阀位信号传感器由过去的精密电位器改变为使用无触点的霍尔传感器产生数字量阀位信号。使得控制精度和可靠性进一步提高。 2、德国的西门子(SIEMENS) 以一九九七年进入国内市场的SIPOS 5系列电动执行机构为代表。采用微处理器代替了机械行程限位装置和力矩传动装置等，大大提高了可靠性和使用寿命。采用一体化三相交流变频控制代替了传统的由交流接触器控制的异步电机拖动系统。使产品具有软启动和软关闭功能，能够以最大的力矩启动，而启动电流却永远小于电机的额定电流，并可以保证很高的定位精度；还可避免对被控对象的冲
28、撞，减少磨损，延长被控对象的使用寿命，同时确保关闭到位。具有良好的人机界面，可自动显示执行机构的工作状态，并带故障自诊断功能。 3、ABB智能型电动执行器 ABB公司以ONTRAC MME800系列为代表的 智能调节型电动执行器以可靠性高、定位精确著称, 具有良好的机械、电机调节特性,先进的微处理技术及通讯接口与PC或DCS连接,采用通用的Hart 或Profibus通讯协议,接受模拟量或开关量信号控制,用户通过控制面板即可进行参数调整、功能设置、执行器动作设定、远程监控等组态势,以适应阀门的最佳控制特性.。 其特点：1. 利用检测电机转差率,作为输出负载的监控参数,代替传统的蝶形弹簧组件或其
29、它压力传感器件,取消机械力矩调整装置及力矩开关,通过微处理器,使力矩保护值的大小根据现场工况的要求随意可调. 2. 采用霍尔传感器进行行程位置的电磁脉冲计数,取消传统的齿轮计数装置、电位器及限位开关，具有无接触无磨损，分辨率高寿命长、抗干扰能力强等特点，同时测量位移、速度、转向等参数，通过微处理器处理，可进行任意确定工作区间、改变一定转速等设3. 采用变频控制技术，可方便的控制转速输出，达到控制要求，输出力矩不受频率、电压改变的影响。 4.2无刷直流变频电动执行机构天津市特斯科过程控制设备有限公司生产DR系列智能变频电动执行机构，首次将直流无刷变频控制技术引入电动执行机构这个行业。无刷直流电动
30、机Brushless Direct Current Motor ,BLDC,采用方波自控式永磁同步电机,以霍尔传感器取代碳刷换向器,以钕铁硼作为转子的永磁材料;产品性能超越传统直流电机的所有优点,同时又解决了直流电机碳刷滑环的缺点,数字式控制,是当今最理想的调速电机。其又具有高效率,高转矩,高精度的三高特点;同时具有体积小,重量轻,可作成各种体积形状,是当今最高效率的调速电机,与传统直流有刷电机比较,或与交流变频调速比较均有更好的性能。 虽然当今交流变频调速非常普遍,但是变频调速受限于异步电机的低效率,电机运转在低速时转矩变小,谐波损耗大,速度变动率大,动态性能不佳等缺失;虽然采用速度死循环矢
31、量控制或直接转矩控制变频器时其可以满足性能需要,但是购置费用偏高,而且异步电机的效率,功因,低速发热仍然无法改善.在注塑机行业与变频器节能改造作比较,无刷直流电机的综合节电率比交流变频要高出20%以上,注塑机没有降低生产速度(变频器降低约3%),电机温升相差20.在风机水泵压缩机的负载上应用,功率-速度曲线实际上应该达到三次方关系,但使用变频器驱动异步电机其曲线可能只有平方比例或稍差;采用无刷直流电机驱动其曲线可以接近三次方曲线特性,节电效果更好. 无刷直流电动机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，维护方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题，所以这种电动机在电动执行机构这个
32、行业中是最理想的电机。TSCO与国外技术合作开发的DR系列智能变频电动执行机构就采用了直流无刷电机作为其驱动单元. DR系列电动执行机构采用的直流无刷变频调速系统是目前最好的调速系统，配合其它方面的顶级技术形成了独具特色的TSCO智能型电动执行机构。其比将在电动执行器行业引起一场新的革命,其特点如下： 1、采用霍尔传感器进行行程位置的电磁脉冲计数,取消传统的齿轮计数装置、电位器及限位开关，同时测量位移、速度、转向等参数。便利的参数遥控设定功能。投入使用前，只要使用由厂家提供的专用设定工具，对准执行器就可进行参数的遥控设定。不仅简化了设定工作程序，还提高了设备安全运行性，特别是那些要求防爆的场所
33、尤为重要； 2、采用直流变频技术使产品具有软启动和软关闭功能可降低启动电流、对生产机械无冲击，可以大大延长设备的使用寿命。可方便的控制转速输出，达到控制要求，输出力矩不受频率、电压改变的影响。节电效果明显。 3、具有良好的人机界面，可自动显示执行机构的工作状态，并带故障自诊断功能，如：输入信号故障、反馈信号故障、供电电源故障、变频器温度、电机温度超过标准、阀门卡住、末端位置设定无效等。 4、方便灵活的操作方式，可以通过控制面板、遥控器操作或PC接口方便的设定工作区间、改变转速、力矩限位值、运行方向等。便利的参数遥控设定功能。投入使用前，只要使用由厂家提供的专用设定工具，对准执行器就可进行参数的
34、遥控设定。不仅简化了设定工作程序，还提高了设备安全运行性，特别是那些要求防爆的场所尤为重要； 5、采用非侵入式设计实现机器的长效密封。 通过对国外产品的分析我们发现智能型电动执行机构应具备的特点，1、要有良好的的人机界面，一般采用采用液晶显示技术配合控制面板、红外遥控器、现场总线接口等方式进行产品设定。2、用电子的、非接触的方式实现产品的位置检测、行程限位、力矩检测，并可通过人机界面进行设定。3、采用非侵入式设计，方便用户使用，提升产品的防护等级。4、采用变频控制系统，实现软启动和软关闭功能，精确的控制产品的速度和力矩。 TSCO与国外技术合作开发的DR系列智能变频电动执行机构具备了智能型电动
35、执行机构的特点，是真正意义的智能型电动执行机构。目前该产品已通过国家相关部门检测正式投入工业现场使用。 5依托无刷直流电动机5.1无刷直流电动机的外形图图5依托无刷直流电动机的外形图图5 依托无刷直流电动机的外形图无刷直流电动机具有高效率、高精度、高转矩三高特性，能够轻松取代带速反馈的进口矢量控制变频器(或直接转矩控制)，变频电机，直流有刷电机等；同时也可以取代不需高精度定位的伺服控制器，外形图如图6所示，是产业自动化与节电化的最重要驱动装置之一。.5.2无刷直流电机的产品规范无刷直流电机产品规范：容量范围：0 400 kW极 数：2 48 极电 压：直流电压,电瓶电压,单相,三相交流高低压可
36、选。频 率：50，60，400 Hz ，直流。框 号：标准品45355M，非标产品欢迎订制。保护方式：IP-44/IP-54速度指令：电位器，05V，420mA，RS-485加减速时间：0.1 120S绝缘等级：B级绝缘(F极可选)控制方式：PWM (载波频率218 K Hz)最低转速：通用型150rpm，高精度型可更低。最高转速：100 30，000 rpm可选。转速精度：1 rpm/最高转速 调速范围：1：10，高精度型1：100。最大转矩：150%。转矩特性：恒转矩输出特性激活转矩：通用型：200%，电瓶车：400%，牵引电机：600%。制动转矩：20%以上，更高能力可选。返馈装置：三相
37、霍尔(相差120)，高精度及伺服型用光码盘。基本功能：正反转，多段速度。6无刷直流电机与传统直流有刷电机的比较6.1与传统直流有刷电机的比较无刷直流电机因为没有碳刷与换向器，所以没有维修与保养的需要；由于采用永磁转子，没有激磁损耗的，综合效率高出1020%左右(依据功率大小而定)，低速转矩更大,激活转矩可达额定3倍，转速精度可达1/3000，不受电压与负载变动的影响，电机可以做成密闭型或防尘防爆型等结构，因此能够完全取代传统有刷直流电机，而且运转费用更低，没有保养维修的烦恼，无刷直流与有刷直流及欧盟CEMED标准的效率比较请参见图6。6.2各种直流电机的效果比较图图6 各种直流电机效率比较图图
38、6 各种直流电机效率比较图7无刷直流电机发展中要解决的问题7.1磁路结构和设计计算为了充分发挥各种永磁材料的磁性能，特别是稀土永磁的优异磁性能，制造出性价比高的永磁电机，就不能简单套用传统的永磁电机或电励磁电机的结构和设计计算方法，必须建立新的设计概念，重新分析和改进磁路结构。随着计算机硬件和软件技术的迅猛发展，以及电磁场数值计算、优化设计和仿真技术等现代化设计方法的不断完善，经过电机学术界和工程界的共同努力，现已在永磁电机的设计理论、计算方法、结构工艺和控制技术等方面取得了突破性进展，形成了以电磁场数值计算和等效磁路解析求解相结合的一整套分析研究方法和计算机辅助分析、设计软件，并正在不断完善
39、中。7.2控制问题 永磁电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。永磁发电机难以从外部调节其输出电压和功率因数，永磁直流电动机不能再用改变励磁的办法来调节其转速。这些使永磁电机的应用范围受到了限制。但是，随着MOSFET、IGBT等电力电子器件和控制技术的迅猛发展，大多数永磁电机在应用中，可以不必进行磁场控制而只进行电枢控制。设计时需要把稀土永磁材料、电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来，使永磁电机在崭新的工况下运行。7.3不可逆退磁问题如果设计或使用不当，永磁电机在过高（钕铁硼永磁）或过低（铁氧体永磁）温度时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的
40、机械震动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至无法使用。因而，既要研究开发适于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置，又要分析各种不同结构形式的抗去磁能力，以便在设计和制造时，采用相应措施保证永磁电机不失磁。7.4成本问题铁氧体永磁电机，特别是微型永磁直流电动机，由于结构工艺简单、质量减轻，总成本一般比电励磁电机低，因而得到了极为广泛的应用。由于稀土永磁目前价格还比较贵，稀土永磁电机的成本一般比电励磁电机高，这需要用它的高性能和运行费用的节省来补偿。在某些场合，例如计算机磁盘驱动器的音圈电动机，采用钕铁硼永磁后性能提高，体积质量显著减小，总成本反而降低。在设计时既需根
41、据具体使用场合和要求，进行性能、价格的比较后决定取舍，又要进行结构工艺的创新和设计优化以降低成本。8 结论通过以上诸多的论述、分析，关于无刷直流电机得出如下结论：（1）无刷直流电动机是一种新型的无级变速电机，具有直流电机那样良好的调速特性，是一种理想的变速电机。（2）无刷直流电动机在工作原理上有两种不同的工作方式：直流无刷电机和交流无刷电机。（3）无刷直流电动机具有高效率、高精度、高转矩三高特性。（4）无刷直流电机与传统直流有刷电机的比较，没有激磁损耗，无需维修保养，运转费用低、低速转矩更大，激活转矩可达额定3倍，转速精度可达1/3000,综合效率高出10-20%，能够完全取代传统有刷直流电机
42、。（5）无刷直流电机与异步机加变频器的比较，变频调速受限于异步电机的低效率，电机运转转矩变小，谐波损耗大，速度变动率大，动态性能不佳，且购置费用高，异步电机的效率、低速发热仍无法改善，而无刷直流电机的综合节电率高、电机温度低，运转效率、低速转矩、转速精度等都比任何控制技术的变频器好，值得业界关注。谢辞毕业论文写到这里基本已告一段落了，通过此篇论文的撰写，我学到了很多知识，最起码对无刷直流电机的相关知识有了更深一步的了解。因为这是我在毕业之前的最后一次作业，也是我生平第一次写论文，所以我写的非常认真，态度也比较严谨、端正，在写之前感觉很可怕，觉得深奥不可捉摸，怕自己难以写好，然而通过这一个多月的
43、不懈努力，终于有了一篇崭新的论文摆在了我面前。在这一个多月里，我不断的找资料，去图书馆、书店、网吧等各个有可能找到资料的地方，通过各种渠道来充实我的作业，这八九千字虽不是很多，但每个字都凝聚了我的努力，是我辛勤汗水的体现。由此我也深深体会到凡事只要你付出并且用心去做了，总能做得好。在这期间，我得到了许多老师和单位领导的帮助，特别是我的指导教师给了我很多的指导与帮助，不断地给我提出了许多宝贵的意见和建议，激发了我的写作灵感，在此，我向他表示深深的感谢和崇高的敬意！我要一并向所有给予我帮助的老师、领导、同学、同事表示最衷心的感谢，没有他们的热心帮助与大力支持，我要完成这样一篇论文可以说相当困难，谢谢各位！毕竟是第一次写论文，没什么经验，所以这其中存在着很多的不足和欠妥之处，语言、格式方面存在着很多不完善的地方，恳请各位老师给予指导纠正，不甚感谢！在此即将毕业之际，我要向三年来培育过我的所有老师表示衷心的感谢，谢谢他们对我无微不至的关怀和孜孜不倦的教导。参考文献1许大中，晶闸管无换向器电机北京 科学出版社 19842 张琛，直流无刷电动机原理及应用北京 机械工业出版社3 刘刚，王志强，房建成，永磁无刷直流电机控制技术与应用机械工业出版社 2008.5.14
