永磁无刷直流电机调速系统设计开题报告.doc

开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从电气系网页或各教研室FTB上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写3000字左右的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文 献 综 述 1直流电机的历史概要 传统的直流电动机均采用电刷，以机械方式进行换向，这就存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声，火花，无线电干扰，以及寿命短等致命弱点，再加上制造成本高，维修困难等缺点，更使其应用范围受到了限制，知识目前工农业生产上大多采用三相异步电动机，令人兴奋的是，到了二十世纪六十年代，人们终于实现了以电子换向代替电刷机械换向机构。从这以后，随着电子技术，微电子技术，数字技术，计算机科学以及材料科学的发展，无刷直流电机不断得到发展和完善。2无刷直流电机的应用前景无刷直流电机由于没有换向器（整流子）和电刷组成的机械接触机构，并且它通常采用永磁体为转子，没有励磁损耗，且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。所以，它没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长。它既具有交流电动机的结构简单，运行可靠，维护方便等一系列优点，又具有直流电动机的运行效率高，无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点，因此被广泛用于国民经济的各个领域，并且日益普及。近些年来，我国在微小功率范畴内的无刷直流电动机发展较快，尤其是应用于不同领域的特殊类型的直流无刷电机的市场需求量很大。大体类型如下：计算机外存储器以及主轴驱动用扁平式无铁心电机结构，小型通风机用外转子电机结构，家电用多极磁场结构及内装式结构，电动自行车用多极外转子结构等。家用电器如：空调的电机正由3A转向3D，需要大量的中小功率无刷直流电动机。我国稀土材料储量的丰富，更是为高性能的无刷直流电机的发展创造了有利条件。国内对无刷电机的研究主要集中在电动车辆，航天领域以及空调电机的应用上。3无刷直流电机的发展由于有刷电机带来的诸多不利影响，限制了它在许多场合的应用，这就迫切需要将有刷直流电机发展成无刷直流电机。经过七十年的发展，它的各方面技术多趋于成熟。从1915年，美国人格兰儿发明了带控制栅极的水银整流器，制成了把直流变成交流的装置，到十九世纪四十年代的第一台直流电动机的研制成功，再到由于科学技术的迅猛发展带来的半导体飞跃，多为直流电机的不断发展创造了条件和带来了蓬勃的生机。 虽然无刷直流电机的发展相对异步电机来说有些艰难和缓慢，但是，直流电机的种种优点，使得人们终究没有将它抛弃。在人们反复实践的基础上，人们终于找到了用位置传感器和电子换向电路来代替有刷直流电机的换向装置的方法，从而为直流电机的发展开辟了新的道路。六十年代初期，各种位置传感器的产品相继问世，例如磁电耦合式和光电位置传感器。很快，也就是在1962年，西德W.米斯林格提出采用电容移相实现换向的新方法。在此基础上，西德W.哈你特司等人试制成功了借助数字环行分配器和过零鉴别器的组合来实现换向的无附加位置传感器的无刷直流电动机。4无刷直流电机的结构主定子位置传感器电动机本体无刷直流电机无刷直流电机的基本结构大致相同。一般有位置传感器的无刷直流电机可分为三大部分：电机主体，位置传感器，电子换向电路。这三部分协调工作就构成了整个无刷直流电机整体。其中，电机本体是完成电机能量转化的主要部分。它结构与普通电机相同。位置传感器则是实现无接触换向的重要部件。电子换向线路与位置传感器相配合，起到与机械换向相类似的作用。如图所示： 主转子传感器定子电子换向电路传感器转子5无刷直流电机的原理输出无刷直流电机借助反映主转子位置的位置传感器的输出信号，通过电子换向电路去驱动与电枢绕组连接的相应的功率开关元件，使电枢绕组依次馈电，从而在主定子上产生跳跃式的旋转磁场，拖动永磁转子旋转。随着转子的转动。位置传感器不断的送出信号，以改变电枢绕组的通电状态，使得在某一磁极下导体中的电流方向始终保持不便。上述就是无刷直流电动机无接触换向过程的实质。其方框原理图如图所示：电动机本体电子换向电路无刷直流电机输出位置传感器6无刷直流电机的分类1按工作特性划分，基本可以分为两大类：一类是具有直流电动机特性的无刷直流电机；另一类是具有交流电动机特性的无刷直流电动机。两者多由直流电源供电，不同的是，前者是借助位置传感器来检测转子的位置，用所检测到的信号去触发相应的电子换向电路以实现无接触换向。而后者则是通过逆变器，将直流电转化为交流电，然后去驱动一般的异步电动机或同步电动机。2按驱动方式划分，可以分为两类：一类是方波形无刷直流电机，其电机本体的反电势设计成梯形波，而逆变器输出方波电流或电压，并且与电机反电势保持适当的相位关系，从而产生适当的相位关系，从而产生较平滑的电磁转矩。3按转子信号检测方式划分，基本上可分为有位置传感器和无位置传感器两大类。前者由于传感器的一些不足，如易受温度，灰尘，振动等工作环境的影响，使得无刷直流电机的应用受到了限制。后者则克服了有传感器的缺点，所以应用更为广泛。4按磁钢的形状划分，可分为内嵌式和表面粘贴式两大类，每类中又有许多不同的类型，基本上与永磁电机类似。7国内外对无刷电机的研究现状7永磁无刷直流电极的研究现状本文将基于无刷直流电机的三个基本组成结构，从三个方面介绍无刷直流电机的研究现状。具体如下：一 无刷直流电机本体的研究（一） 主要尺寸，相数，槽数及绕组连接方式的确定。1主要尺寸的计算方法一般按下试计算：式中，-电枢直径，m-电枢铁心计算长度，m-计算功率。W -基波绕组系数A-线负荷，A/m -气隙磁密幅值，T： -额定转速，r/min; -计算极弧系数，b/b; -气隙磁密平均值，T；m-绕组系数； -气隙磁场波形系数。但是，由于气隙磁密往往只是接近方波或梯形波，这样，A和K都难于确定。针对方波和梯形波气隙磁密分布，有一种更简单，更直观的方法来计算主要尺寸，具体如下：对于方波形气隙磁密电机：；对于梯形波气隙磁密电机：2无刷直流电机的相数，槽数及绕组连接方法的选择相数的选择应根据不同的使用条件，综合考虑绕组的利用程度，电子开关的复杂程度及成本，转矩的脉动及电子元件应力方面的因数。极数与转速有一定的约束关系，且应综合考虑运行性能和经济指标。通常对于整距集中绕组而言，槽数应为相数和极对数的整数倍，而对于分布绕组，则不一定满足此条件，其规律比较复杂。连接方式主要有星形和三角形。总之一点，各参数的选择须根据具体情况，合理的选择。（二） 气隙磁场和电磁转矩的研究 对气隙磁场的精确分析，通常使用的是有限元分析法。因为有限元分析法是一种极为有效且精确的方法，它被广泛的用于无刷直流电机的研究中。尽管有限元法比较精确，但是，由于它即使用于计算机辅助计算也是一种极其费时的方法。因而它往往用于其他方法的准确性的校验上。通常为了简化计算，节省时间，通常采取一些较为简便的方法来计算气隙磁密。如最大空载磁密为的梯形波等效为一个幅值为的矩形波，并在其中引入波形修正系数，这样就使得梯形波磁场的计算转化为矩形波的计算。若无法获得准确的波形可根据转子外径，磁极厚度，极弧长度，等尺寸推出梯形波。此外，也有采用经验公式对气隙磁密进行计算的，如方波行无刷直流电机在假定定子无槽的情况下的气隙磁密分布式，其中， （三） 电磁转矩的研究在有刷直流电机中，电磁转矩可分为两部分：有效电磁转矩和脉动转矩。由于无刷直流电机具有类似直流电机的特性，通常采用直流模型，即不记电感的影响计算平均电磁转矩。研究波动转矩首先要计算瞬时转矩，可应用麦可思维张量法和建立电路等效模型，利用电路模型进行计算。（四） 电气损耗的研究这方面的研究相对较少，有的文献讨论了铁心损耗的计算模型，并进行了详细的推导。定子铁心损耗和转子寄生损耗也有部分讨论。（五） 系统仿真的研究在相当多的文献中，都建立了完整的电机模型，对整个系统各方面性能作全面的仿真，且从各方面，各角度讨论电机的优化。有的文章讨论了材料问题，饱和的影响，以及过载问题。二 换向逻辑的问题无刷直流电机具有多种多样的换向逻辑，不同的换向逻辑直接影响其出力和力矩的平衡。三 位置传感器的设计 位置传感器是电机的有机组成部分，它的设计对电机系统性能有重要影响。8参考资料目录1 王兴华，励庆孚，王曙鸿,无刷永磁直流电机磁阻转矩的解析计算方法 中国电机工程学报, 2002，22(10)：104-1082 陈阳生，林友仰,永磁电机气隙磁密的分析计算,中国电机工程学报, 1994，14(5)：17-263 张相军，陈伯时,无刷直流电机换相转矩脉动的分析及其补偿方法, 电工技术杂志 2000，19(8)：13-184 王兴华，励庆孚，王曙鸿,无刷永磁直流电机空载气隙磁场和绕组反电势的解析计算,中国电机工程学报 2003，23(3)：126-1305汤蕴璆,电机内的电磁场,北京：科学工业出版社 19986 张深，直流无刷电动机原理及应用，北京，机械工业出版社7 王季秩，无刷电机的现在和将来，微特电机，1999年第五期8 沈建新，永磁无刷直流电动机的特殊绕组结构及无位置传感器的研究， 浙江大学博士学位论文，1997.79 周涌，电动车驱动用无刷直流电动机系统的设计，微特电机，1997年第三期10 曲家骐,执行电机，北京，机械工业出版社 199811 李锐才,电机控制技术，哈尔滨工业大学出版社，200012 黄立培,电机控制,清华大学出版社,200313 戴文进,特种电机及其计算机控制及其仿真，械工业出版社 199714 王晓明,电动机的单片机控制 北京航空航天大学出版社 2002.515 陈世坤,电机设计, 机械工业出版社（第二版）,北京,机械工业出版社,200216王凤翔,交流电机的非正弦供电,北京,机械工业出版社,200217Atallah K，Zhu ZiqingAmarture reaction field and winding inductances of slotless permanent-magnet brushless machinesJIEEE Trans. on magnetics，1998，34(5)：3737-374418 Sebastian TAnalysis of induced EMF waveforms and torque ripple in a brushless permanent magnet machineJIEEE Trans. on magneti-cs，1996，32(1)：195-20019King-Jet Tseng and G.H.Chen,Computer-Aided Design and Analysis of Direct-Drive Wheel Moter Drive,IEEE Transaction On Power Electronics,Vol.12,No.3,May 199720Thomas M.Jahns,Torque Production in Permanent-Magnet Synchronous Motor drive with rectangular Current Excitation,IEEE Transaction on Industry Apparatus,Vol.IA-20,No.4,July/August1984 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告1目的与意义：随着科学技术的不断发展，电机对人们的影响是越来越大。而无刷直流电机所具有的各种优越性，更是在整个国民经济中产生着巨大的影响。无刷直流电机由于没有换向器（整流子）和电刷组成的机械接触机构，并且它通常采用永磁体为转子，没有励磁损耗，且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。所以，它没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长。它既具有交流电动机的结构简单，运行可靠，维护方便等一系列优点，又具有直流电动机的运行效率高，无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点，因此被广泛用于国民经济的各个领域，并且日益普及。但是，由于许多原因，永磁无刷直流电机还存在缺陷，并没有完全适应国民经济的发展，且电机的需求量在随着国民经济的迅猛增长而不断增大。由此可以看出，研究新型无刷直流电机是当务之急。 本文简要阐述无刷直流电机的发展过程，基本原理和结构，目的在于对永磁直流无刷电机的研究与开发有一个总体认识，从而为以后从事相关专业打下良好的基础。2课题的发展前景和展望近些年来，我国在微小功率范畴内的无刷直流电动机发展较快，尤其是应用于不同领域的特殊类型的直流无刷电机的市场需求量很大。大体类型如下：计算机外存储器以及主轴驱动用扁平式无铁心电机结构，小型通风机用外转子电机结构，家电用多极磁场结构及内装式结构，电动自行车用多极外转子结构等。家用电器如：空调的电机正由3A转向3D，需要大量的中小功率无刷直流电动机。我国稀土材料储量的丰富，更是为高性能的无刷直流电机的发展创造了有利条件。国内对无刷电机的研究主要集中在电动车辆，航天领域以及空调电