无刷直流电机.ppt

无刷直流电动机 一、无刷直流电机国内外发展及研究现状 无刷直流电机是从有刷直流电机上发展起来的，确切的说是由发电机发展而来的。 1831 年法拉第发现电磁感应定律，从这开始才有了电机的发展。 1840 年左右，世界上第一台直流电机问世。传统的有刷直流电机制造成本高，维修困难，以上这些都是有刷直流电机的隐患。正因如此，早在 18 世纪 20 年代，Boiiger 就提出了一个新的思想，并找到整流管代替机械电刷，无刷直流电机的基本雏形问世. 1930 年左右，一些科学家开始从电子换相中寻求突破，为无刷直流电机的出现奠定了基础。但由于大功率电子器件的限制，没能找到理想的电子换相器件，使得这种可靠性差、效率低下的电机只能停留在实验室阶段. 1950 年左右，美国籍科学家德文?哈里斯与他的同事共同研制出用电子换向电路代替有刷直流电机中的换向器和电刷来完成换向工作。无刷直流电机从此诞生，也是现代无刷直流电机的雏形。 20 世纪 80 年代左右，先后成功研制出方波和正弦波作为驱动信号的无刷直流电机。在此之后，无刷直流电机逐渐代替其他电机开始成为电机中绝对主导. 近年来，随着电力电子技术和集成电路以及控制技术的发展，无刷直流电机的应用已经涉及到，汽车、航空航天、家用电器等很多领域。 国内无刷直流电机的发展始于 70 年代初期，由于主要应用在军工方面和航空方面，要求的数量不是很多而是更注重精度，主要集中在一些和军工单位有合作项目的科研机构和高等院校中，所以发展并不广泛。经过几十年的发展虽然国内也有一系列的产品，但由于我国电子元件档次不高，科研水平和制造水平也与国外相比有差距.不过， 近年来国内中小型电机和微特电机行业的发展也是有目共睹。中小电机的发展主要得益于电动自行车行业的发展。国内的电动自行车行业比国外发展的更好，主要是因为国内的消费人群比国外更多并且价格也能为大多数人所接受。当然还有一个原因是国家政策的支持。 二 有刷直流电机与无刷直流电机的比较 有刷直流电机主要由定子和转子组成。定子上安装有固定的永磁体，转子上安装有换向器和电枢绕组。永磁体可以形成固定的磁场与转子上的电枢绕组和换向器配合工作，便可以使电机驱动起来。图 2为有刷直流电机的结构图。在两个电刷 AB 之间两端接入直流电（这也就是称之直流电机的根本原因），直流电流流过电刷、换向器流入线圈绕组，产生电流，通过线圈的电流产生的磁效应与固定磁场的作用下，带动电枢绕组转动同时引起换向器的转动从而继续改变转子所产生的磁场方向，与主磁场的相互作用下，电机的转子就会周而复始的转动。  图2 有刷直流电机的结构图 由于电刷和换向器的存在，所以有刷直流电机的结构在应用过程中就会存在一些问题： (1)定子和转子之间的密封性不够好，空气中粉尘颗粒等很容易进入气隙，在电机工作时存在隐患。 (2)换相时，电刷和换向器之间极易产生电火花并伴随有电磁干扰，而且有比较大的噪声，所以在很多场所使用时会受到限制。 (3)电机长时间工作，电刷和换向器磨损会比较严重，对电刷或者换向器进行维修或者更换时消耗大量的人力物力。 无刷直流电机和有刷直流电机在结构上的区别是非常明显的，它的线圈绕组是固定的而磁场是变化的，这一结构与有刷直流电机恰好相反。变化的磁场是由转子上的永磁体提供的，而线圈绕组作为定子固定不动。这种结构使得无刷直流电机无需换向器和电刷，从而解决了所有因为换向器和电刷存在带来的各种问题，使得无刷直流电机的发展速度更快，普及范围更广。 无刷直流电机和有刷直流电机的区别不仅仅在于定子和转子的结构不同。关键在于无刷直流电机没有刷直流电机中完成换向的电刷和换向器，所以要找到一种器件代替电刷和换向器完成换向操作。代替换向器和电刷完成换向功能的器件的就是位置传感器。 图2-2 无刷直流结构图 图 2-2 为无刷直流电机的结构图，它主要由定子（电枢绕组）、转子（永磁体）、和位置传感器构成。 与传统的有刷直流电机相比，无刷直流电机还具有以下五种优点： (1)无刷直流电机响应比较快、启动转矩比较大； (2)无刷直流电机的过载能力比较强，体现在爬坡能力上（爬坡的角度和速度均比较大）； (3)无刷电机属静态电机，空载电流小； (4)无刷直流电机中的电子换向装置代替了电刷和换向器，不易磨损、故障率低，寿命比有刷电机有明显的提高； (5)借助于各种先进的控制算法与大功率开关器件的发展，无刷直流电机在