【VIP专享】无刷直流电机驱动电路开题报告

河南科技大学毕业设计（论文）开题报告

（学生填表）

院系：电子信息工程学院2013年03月31日

课题名称无刷直流电机驱动电路

学生姓名赵永亮专业班级自动化093课题类型硬件设计

指导教师丁喆职称副教授课题来源生产实际1. 设计（或研究）的依据与意义

电动机作为机电能量转换装置，一直在人类生产和生活中起着十分重要的作用，其应用范围遍及各个领域。电力拖动自动控制系统已经成为现代电器化及自动化的基础，而实现工业企业的电气化及自动化对于提高产品质量，改善工人的劳动条件，增加工作可靠性以及劳动生产率均有重大的意义。因多年来，人们对电动机的研究一直未停断。电动机主要分为同步电机、异步电机和直流电动机三种类型，其容量大到几万千瓦，小到几瓦。长期以来，直流电动机一直占据着速度控制和位置控制的统治地位。众所周知，直流电动机具有运行效率高、调速性能好等诸多优点，但传统的直流电动机均采用电刷换向，以机械接触方法进行换向，因而存在相应的机械摩擦，带来了火花、噪声、电磁干扰大以及寿命短等缺点，再加上制造成本高以及维修困难等缺点，大大限制了它的应用范围。因此无刷直流电动机应运而生。1955年美国的D.Harrison等人首次申请了用晶体管换向电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电机的诞生，而电子换向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。

直流无刷电动机的主要特点：高效率：无刷直流电动机转子上既无铜耗也无铁耗，其效率比同容量异步电动机提高５％—１２％。．启动转矩大，启动电流小：无刷直流电动机的机械特性和调节特性与他励直流电动机枢控时相应特性类似，所以它的启动转矩大，启动电流小，调节范围宽，且没有因电刷换向器引起的缺点，电子换向取代了机械换向。无刷直流电动机是一种自控式调速系统，它无需像普通同步电动机那样需要启动绕组；在负载突变时，不会产生振荡和失步。无刷直流电机具有直流电动机特性、永磁同步电动机类似的结构。适合长期低速运转、启动频繁的场合，这是变频调速器拖动Ｙ系列电动机不太容易实现的。因此得到了广泛的应用，无论在数控机床，机器人等制造加工领域，还是家用电器如洗衣机，电脑硬盘等场合都日益受到重视。无刷直流电动机是集材料科学、电力电子技术、微电子技术和电机理论等多学科为一体的机电一体化产品，在诸多领域有着广阔的应用前景。因此，对无刷直流电机本体及其控制方法进行系统、深入的研究具有十分重要的现实意义。

2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述

针对传统直流电机的弊端，早在20世纪30年代就有人开始研制以电子换向来代替

机械换向的无刷直流电机，并取得了一定的成果。但由于当时大功率电子开关器件

的发展还处于起步阶段，没有理想的电子换相元件，导致这种电机只能停留在实验

室研究阶段。1955年美国的D.Harrison首先实现了晶体管电子开关代替了电刷，但这只是无刷直流电机的雏形，无启动转矩，没有实现应用。到六十年代，高强度稀

土永久磁铁的有效利用及借助霍尔元件来实现换向，为无刷直流电机的出现创造了

条件。七十年代以来，随着电力电子技术的发展，许多新型高性能半导体器件，如

ＧＴＲ、MOSFET、IGBT等相继出现，以及高性能永磁材料，如衫钴，钦铁硼等

的问世，均为无刷直流电机的广泛应用奠定了坚实的基础，无刷直流电机系统因而

得到了迅速的发展。1978年，原西德MANNESMANN公司的顶Dramat分部在汉

诺威贸易博览会上正式推出MAC无刷直流电动机系统，标志着无刷直流电动机技

术已经进入了实用化阶段。从目前来看，以数字信号处理器为核心的控制电路将代

表无刷直流电动机电子换向控制器的发展方向。针对电机控制所设计的DSP芯片运算速度远远高于单片机，而且片内集成了模拟/数字转换器，数字I/O以及专门用于电机控制的PWM脉冲发生器等，使得他们从硬件机制上可以较好的满足电机控制

系统。

我国直流电机制造工业有了很大的发展。对于小型电机，在五十年代就有了全国统一的系列，并且不断在改进。如国内正在大量生产的Z2系列，功率范围为

0.4~200千瓦，它是在原来的Z系列基础上采用及E、B级绝缘材料政型而成的，比Z系列节约了铜铁原材料，缩小了体积。目前又在Z2系列的基础上改型成Z系列，采用B级新绝缘结构，进一步缩小体积，降低了转动惯量，改善了调速和换向性能。对于中型电机，已由ZD2、ZF2系列代替了原来的ZD、ZF系列，提高了技术经济

指标。对于大型电机，已生产了4600千瓦、70/120转/分、额定转矩为64吨.米的

可逆转轧钢直流电动机，5000千瓦、500转/分的直流发电机。目前，国内已有无

刷直流电动机的系列产品，形成了一定的生产规模。从无刷直流电动机及其控制系

统的设计和制造水平来看，我国与国际水平还有着比较大的差距；虽然有很多产品

使用了直流无刷电机，但多数民用产品使用的是国外的驱动控制模块。

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