文献综述--无刷直流电机

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1、文献综述文献综述 无刷直流电动机：无刷直流电动机： 时间轴：时间轴： 1955 年年无刷电机诞生无刷电机诞生 1978 年年无刷电机进入实用阶段无刷电机进入实用阶段 20 世纪世纪无传感器无刷电机研制成功无传感器无刷电机研制成功 无刷电动机的诞生标志是 1955 年美国 DHarrison 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、

2、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

3、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 行可靠、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

4、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，

5、 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。 由于位置传感器的使用有如下缺点： (1)增大电机尺寸； (2)传感器信号传输线太多，容易引起干扰； (3)高温、低温、污浊空气等恶劣工作条件会降低传感器可靠性； (4)传感器的安装精度直接影响电机的运行性能等等，而且在有些特殊场合下电机根本 无法安装位置传感器。 因此， 无刷直流电机的无位置传感器技术近年来日益受到人们的关注， 国内外研究人员 在这方面进行了积极的研究。 无刷直流电机的无位

6、置传感器控制的关键在于转子位置信号的 获得， 现在比较流行的方法有反电动势法、 电感法、 磁链法、 旋转坐标法、 卡尔曼滤波器法、 续流二极管法、状态观测器法等。 无刷直流电机原理无刷直流电机原理 控制原理控制原理 要让电机转动起来， 首先控制部就必须根据位置检测器感应到的电机转子目前所在位置， 然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序，如下图 1 inverter 中之 AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及 AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体 管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此 就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到位置检测器感应出另一组信号的位置时，控 制部又再开启下一组功率晶体管， 如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定 要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管)；要电机转子反向则功率晶体管 开启顺序相反。 图 1 换流器工作原理示意图 基本上功率晶体管的开法可举例如下： AH、BL 一组AH、CL 一组BH、CL