开题报告直流无刷电动机专业系统设计.docx

一、 题目起源
题目起源于生产实际
二、设计意义及中国外情况
1.1设计意义
一个多世纪以来，电机作为机电能量转换装置，其应用遍布国民经济各个领域和大家日常生活中。电机关键类型有：直流电机、感应电机和同时电机。传统直流电机因含有很优异线性机械特征，较宽调速范围，良好开启性和简单控制电路等优点，长久以来一直广泛地在多种驱动装置和伺服系统中。
无刷直流电机组成：
无刷直流电动机(Brushless DC Motor,简称BLDCM)是一个经典机电一体化产品,它是由电动机本体、位置检测器、逆变器和控制器组成自同时电动机系统或自控式变频同时电动机。位置检测器检测转子磁极位置信号,控制器对转子位置信号进行逻辑处理并产生对应开关信号，开关信号以一定次序触发逆变器中功率开关器件，将电源功率以一定逻辑关系分配给电动机定子各相绕组，使电动机产生连续不停转矩。
无刷直流电机含有以下优点：
1）低噪声：因为没有了机械电刷或滑环式电刷，无刷直流电机消除了除支承、连接和负载以外机械噪声.
2）高效率：无刷直流电机是现在电机中最高效率一个电机，这要归功于其利用永磁体长生恒定、连续磁场缘故。在适宜操作条件下永磁无刷直流电机永磁体含有很小去磁系数.
3）无励磁需要：如上所述，无刷直流电机利用永磁体产生恒定磁场，省去了传统电机电励磁部分.
4）易维护、寿命长：消除了机械电刷和换相器无刷直流电机比传统直流电机结构简单，更易维护，而且电机寿命更长.
5）控制结构简单：无刷直流电机转矩正比于电机电流，反馈装置简单，不需要采取绝对位置编码器或旋转变压器，所以较之交流电机更易于控制。正式因为这个原因，现在已经有很多半导体厂家生产了适合无刷直流电机控制需要专用集成电路控制芯片.
现在，无刷直流电机应用越来越普遍，中国多年来在无刷直流电机设计和控制方面有很多研究，但和国外成熟产品化相比还有很多地方只好提升。怎样在无刷直流电机方面做出主动研究是很有现实意义。
1.2.中国外情况
有刷直流电动机作为最早电动机广泛应用于工农业生产各个领域，因为其宽广而平滑优良调速性能，在需要调速应用领域占相关键地位，但机械换相装置存在，限制了其发展和应用范围。直流电动机机械电刷和换向器因强迫性接触，造成其结构复杂、可靠性差、火花、噪声等一系列问题，影响了直流电动机调速精度和性能。科学技术飞速发展，带来了半导体技术飞跃，开关型晶体管研制成功为发明新型无刷直流电动机带来生机。 “无刷直流电机”概念已经有最初含有电子换相器直流电机发展到泛指一切含有传统直流电机外部特征电子换相电机。现今，无刷直流电机集电机、变速机构、检测元件、控制软件和硬件于一体，形成为新一代电动调速系统。无刷直流电机含有最优越调速性能，关键表现在：调速方便（可无级调速），调速范围宽，低速性能好（起动转矩大，起动电流小），运行平稳，噪音低，效率高，应用场所从工业到民用极其广泛。如电动自行车、电动汽车、电梯、抽油烟机、豆浆机、小型清污机、数控机床、机器人等。因为无刷直流电机含有这些优点，所以在国际电机会议上提出了有刷电机将被无刷电机替换这一发展趋势。中国现在是世界最大永磁体（生产无刷电机关键原材料）生产供给基地，中国还将要成为全球最大无刷电机生产国。伴随汽车工业快速发展，车用小功率电机需求增加带动了以永磁无刷直流电机为主体车用小功率电机兴起，中国正在成为世界电动汽车制造业关键供给用。

二、 无刷直流电动机控制系统组成框图及基础工作原理

1.组成框图

2.基础工作原理
电机本体电枢绕组为三相星型连接，位置传感器和电机转子同轴，控制电路对位置信号进行逻辑变换后产生控制信号，控制动信号经驱动电路隔离放大后控制逆变器功率开关管，使电机各相绕组按一定次序工作。

图1-1 无刷直流电动机工作原理示意图
图1-1所表示，当转子旋转（顺时针）到图a所表示位置时，转子位置传感器输出信号经控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使T1、T6 导通，即A、B两相绕组通电，电流从电源正极流出，经T1流入A相绕组，再从B相绕组流出，经T6回到电源负极，此时定转子磁场相互作用，使电机转子顺时针转动。
当转子在空间转过60电角度，抵达图b所表示位置时，转子位置传感器输出信号经控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使T1、T2导通，A、C两相绕组通电，电流从电源正极流出，经T1流入A相绕组，再从C相绕组流出，经T2回到电源负极。此时定转子磁场相互作用，使电机转子继续顺时针转动。
转子在空间每转过60电角度，逆变器开关就发生一次切换，功率开关管导通逻辑为T1、T6—T1、T2—T3、T2—T3、T4—T5、T4—T5、T6—T1、T6。
在次期间，转子一直受到顺时针方向电磁转矩作用，沿顺时针方向连续旋转。
转子在空间每转过60电角度，定子绕组就进行一次换流，定子合成磁场磁状态就发生一次跃变。可见，电机有6种磁状态，每一状态有两相导通，每相绕组导通时间对应于转子旋转120电角度。无刷直流电动机这种工作方法叫两相导通星型三相六状态，这是无刷直流电动机最常见一个工作方法。
四、研究内容
1.无刷直流电机在中国外发展水平和研究情况。
2.无刷直流电机原理及资料分析。
3.无刷直流电机选择。
4.无刷直流电机控制系统分析和确定。
5.无刷直流电机维护分析和故障处理。
6.总结设计并写出心得体会。
五、研究方案和步骤
（一）研究方案：
1.认真查阅资料确定设计方案。
2.进行相关计算选择需要元件和装置。
3.画出对应接线配置图。
4.画出总设计图。
5.进行校验更正，完成毕业论文。
（二）步骤：
1.设计方案确实定。
2.无刷直流电机资料分析。
3.接线确实定和相关配置图确实定。
4.无刷直流电机故障检测方法。
5.无刷直流电机故障预防方法。
6.总结。
六、存在问题及其处理方法
1.设计出来方案可能不符合实际要求，不能满足现实情况，向有相关经验者请教并仔细修改。
2.设计中应关键依据现有基础资料，现行相关电气规程、规范。
3. 设计中应认真了解现行相关电气规范，知识面开阔，提升质量意识。
4.认真复核所搜集资料正确性，多进行方案讨论。
5.在Word里画图存在部分困难，应对措施：利用Auto CAD或其它电气绘图软件画好后再粘贴、复制到Word中。
6、在中国知网中找相关资料极少，应对措施：经过多种路径借买相关书籍来完成毕业论文。
7、资料或书籍里有些内容看不懂，应对措施：向我指导老师请教。
七、论文工作量估量
毕业论文字数不少于8000字，估量要用为时18周时间
八、参考文件
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2 李钟明,刘卫国.稀土永磁电机.第一版.北京:国防工业出版社，1999
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九、指导老师审查意见