直流无刷电机简介.docx

直流无刷电机 一个世纪以来，电机作为机电能量转换装置，其应用已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。众所周知，直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，但是传统的直流电机均采用电刷，以机械方法进行换向，因而存在机械摩擦，由此带来噪声、电火花、无线电千扰以及寿命短等致命弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大地限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上，大多数采用三相异步电机。无刷直流电机既具备传统直流电机运行效率高、调速性能好、无励磁损耗的优点，又具有结构简单、运行可靠、维护方便等独特的优势，特别是与传统直流电机相比，无刷直流电机不采用电刷进行换相，因而不存在机械换相带来的诸多缺点，故在许多高科技领域中应用越来越广泛。无刷直流电机的调速性能优越、体积小、重量轻、效率高、转动惯量小、不存在励磁损耗问题，不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，而且结构简单、运行可靠、易于控制。随着无刷直流电机的应用范围日益扩大，其应用己经从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。因此，直流无刷电机的应用和研究受到了高度的重视，凭其技术优势在许多场合取代了其它种类的电动机，越来越多地应用于国民经济生活的各个领域中，显示出了广泛的应用前景。因此，对无刷直流电动机本体及其控制且在控制过程中出现的问题进行系统、深入的研究有着非常重要的理论和现实意义。在军事装备领域，使用无刷直流电机能更好地满足快响应、高精度的要求。对常规武器如雷达的天线控制系统、高射武器的自动跟踪系统等，这些随动系统必须具备很高的角速度、角加速度和很高的跟踪精度，快速跟踪和准确定位是两个重要的技术指标，其控制器的好坏直接影响着装备战术技术性能，因此，如何使随动系统具有稳定性好、可靠性高、响应速度快、跟踪精度高等特点成为研究随动系统的关键。近十年来，用高新技术武装的各种新型武器如战术导弹、隐形飞机、武装直升机等空中武器不断涌现，其目标识别能力、隐蔽程度、目标命中精度均大大提高，这给武器随动系统提出了新的要求。在民用领域，随着现代电力电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术以及人工智能技术等高新技术的发展，对电动机的要求从过去简单的提供动力发展到精确控制，从而促进了电动机与电子产品紧密结合的机电一体化产品的发展，如激光加工、机器人、数控机床、柔性制造系统等。在这些高科技领域中，无刷直流电机作为当今效率最高的调速电机之一，得到了非常广泛的应用。1955年，美国D.哈利森等人首次申请了应用晶体管换向代替电机机械换向器换向的专利，这就是现代直流无刷电机的雏形。尔后又经过人们多年的努力，借助霍尔元件来实现换向的直流无刷电机终于在1962年问世。80年代以来，微电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上相结合产生了高频化全控型器件，从而使电力电子技术的发展进入了一个新的阶段，新的电力电子器件使电路的控制性能大为改善，使以前难以实现的功能也得以实现。目前，电力电子装置朝着集成化的方向发展，把驱动、控制、保护电路和功率器件集成在一起，便构成了功率集成电路，这些使得电机的驱动电路体积更小且设计简化。电力电子工业的发展，使半导体大功率管的价格不断下降而其性能却不断提高，这些都将使无刷直流电机的应用更加普及。在我国，无刷直流电机的发展时间较短，但随着技术的日益成熟与完善也得到了迅猛的发展。我国直流无刷电机的研制工作始于二十世纪70年代初期，主要集中在一些科研院所和高等院校。我国的无刷直流电机也已在航模、医疗器械、家用电器、电动车等多个领域得到广泛应用，并在深圳、长沙、上海等地形成初具规模产业链，在技术上不断推进行业发展。限于我国元器件水平及相关理论与实践相结合的程度还比较低，尤其是制造工艺和加工设备距离国际水准差距较大，所以目前我国无刷电机综合水平仍低于国际水平，有待进一步的研究和开发。当今，世界对无刷直流电机的研究热点主要集中在以下三个方面:(l)从电机设计和控制策略等方面出发，研究无刷直流电机转矩波动抑制方法，提