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无刷直流电动机程序设计

前 言

本课程设计题目“无刷直流电机程序设计”，指导老师李教授，设计时间从3月

7日至6月12日。

电机的程序设计是进行电机设计的有力工具，它对开发电机的新系列、新产品所起的作用是人所共知的。日前，越来越多的从事电机产品设计开发的工程技术人员重视和使用这门技术并且在实际应用中获得了越来越显著的成就。电机作为一门学科已有较长的发展历史，随着电机工业的发展，特别是由于应用了电子计算机技术，使其面貌焕然一新。众所周知，电机运行时牵涉到电、磁、机械热等多方面的问题。因此，电机的设计是一个非常复杂的问题，其数学模型相当复杂，设计计算相当麻烦，由于人工计算效率很低，精确度有限，如果在电机设计中应用电子计算机，不仅计算时间大大缩小，将使工程技术人员从繁琐的机械的数学计算中解放出来，而且设计方案的计算范围也扩大了许多，设计出来的方案无论从数量上还是从质量上都有很大的突破。

本次课程设计进度可分为如下五个阶段：

一、熟悉原理

10%

二、设计框图

20%

三、编制程序

30%

四、调试程序与运行

30%

五、写说明书

10%

本次课程设计中，始终得到了指导老师李光中教授的大力指导，特别在熟悉无刷直流电机原理的阶段中，李光中教授经常在百忙之中亲临指导，在此，致以衷心感谢。

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无刷直流电动机程序设计

第1章 绪 论

无刷直流电机的发展应用概及其况

无刷直流电机是近年来随着电子技术的迅速发展而发展下来的一种新型直流电机。它是现代工业设备、现代科学技术和军事装备中重要的机电元件之一。一个多世纪以来，电机作为机是能量转换装置，其应用范围已遍及生产中的各个领域以及人们的日常生活之中。电机主要类型有同步电机、步电机与直流电机三种。在此所要讨论的是直流无刷电机。众所周知，直流电机具有运行效率高和调整性能好等诸多优点，随着用途的扩大，对直流电机的要求也就越来越高。显然，有接触的机械换向装置限制了有刷直流电机的应用场合。因传统的直流电机均采用电刷，以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致使弱点，再加上制造成本高及维修难等缺点而限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上，大多均采用三相步电机。

无刷直流电机它既保持了普通直流是动机良好的调整和起动性能，又具有寿命长、可靠性高，加之，它通常采用永磁体为转子，没有激磁损耗；发热的电枢绕组又通常装在外面的定子上，这样，热阻较小，散热容易。因此无刷直流电机没有换向火花，没有无线电干扰，维修方便，此外，它的转速不受机械换向的限制，如采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转的速度中运行。由于无刷直流电机具有上述一系列优点，因此，它的用途远比有刷直流电机广泛，尤其适用于高级电子设备和一些技术、化工、采矿等特殊部门。1831年法拉第发现了电磁感应现象，奠定了现代电机的基本理论基础。十九世纪四十年代研制成功了第一台直流电机。但随着用途的扩大，对直流电机的要求也就越来越高。显然，有接触的机械换向装置限制了有刷直流电机的应用。为了取代有刷直流电机械接触装置，在早期，人们曾提出过用离子装置的定子绕组按转子位置换接的所谓整流子电机。但此种电机由于可靠性差、效率低、整个装置笨重而又复杂，故无实用意义。

随着社会生产力的发展，人们生活水平的提高，需要不断地开发各种新型电机。科学技术的进步，新技术新材料的不断涌现，使得电机产品不断的推陈出新。针对上述直流电机所存在的弊病，早在本世纪30年代，就曾开始研制以电子换向来代替电刷

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机械换向的直流无刷电机。但因当时大功率电子器件仅处于初级发展阶段，没能找到理想的电子换相器件，使得这种电机只能停留在实验室研究阶段而无法推广使用。

随后，科学技术的发展，带来了半导体技术的飞跃，开关型晶体管的研制成功，经过反复的试验和不断的实践，终于找到了用位置传感器和电子换向线路来代替有刷直流电机的机械换向装置，从而为无刷直流电机的发展开辟了新的途径。六十年代，以接近某物而动作的近开关式位置传感器、电磁式谐振式位置传感器和高频耦合式位置传感器相继问世。之后，又出了磁电耦合式和光电式位置传感器。

经过反复试验和不断的实践，人们终于找到了用位置传感器和电子换向线路来代替有刷直流电机的机械换向装置，从而为直流电机的发展开辟了新的途径。六十年代初期，以接近某物而动作的接近开关工位置传感器、电磁谐振式位置传感器和高频耦合式位置传感器相继问世。之后，又出现了磁电耦合式和光电式位置传感器。

过多年的努力，终于在1962年借助于霍尔元件来实现换流的无刷直流电机。随着比霍尔元件的灵敏度高千倍左右的磁敏二极管的出现，在七十年代初期，又试制成功了借助磁敏二极管实现换流的无刷直流