DZ065车用永磁发电机电子稳压器（驱动和保护电路设计）
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DZ065车用永磁发电机电子稳压器（驱动和保护电路设计） ,毕业设计
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本科生毕业设计（论文）文献综述 设计（论文）题 目 ： 车用永磁发电机电子稳压器（驱动和保护电路设计） 分 院： 电子信息分院 专业班级： 电子 04201 姓 名： 陶伟 学 号： 04305092 指导教师： 刘希真 教师职称： 副教授 完成日期 ： 2008 年 3 月 10 日 温州大学城市学院教学科研部制 nts 1 一： 车用永磁发电机电子稳压器 概述 汽车工业是目前国民经济发展的支柱产业 , 汽车发电机的发展经历了从直流发电机到交流有刷励磁发电机 , 再到交流无刷励磁发电机的更新换代。在汽车所用的电机中 , 除发电机外 , 几乎所有品种的电机均有被永磁电机取代的趋势。永磁发电机的开发研制工作目前仍在一些发达国家投入大量资金开展 , 美国 DEL PH I(德尔福 ) 公司认为 , 永磁发电机将在 2002 2003年开始大批量投入生产使用 , 国内也开始 了对永磁大功率发电机进行开发研究工作。如何确保产品的可靠性 , 适应使用温度高、振动大、灰尘大等恶劣环境下长期工作 , 攻克大功率发电机整流技术、稳压技术、磁钢优化设计技术、转子结构设计等技术难关 , 是面临的一大课题。 永磁发电机在应用上，从效率，结构，体积，重量上都要比 励磁 发电机来的优越。目前全球处于能源紧缺的情况下，对于能源的利用率就更加严格，今年国内又推出将对汽车电子类等几大行业进行治理。可见对于能源的要求是多么重要。永磁发电机的出现，一来可以在工艺上减少成本的投入，提高材料的利用率；二来增长蓄电池的寿命 ，并且减少发电机的体积和重量。 二：车用永磁发电机的稳压系统的历史和现状 汽车工业是目前国民经济发展的支柱产业 , 汽车发电机的发展经历了从直流发电机到交流有刷励磁发电机 , 再到交流无刷励磁发电机的更新换代。在汽车所用的电机中 , 除发电机外 , 几乎所有品种的电机均有被永磁电机取代的趋势。永磁发电机的开发研制工作目前仍在一些发达国家投入大量资金开展 , 美国 DEL PH I(德尔福 ) 公司认为 , 永磁发电机将在 2002 2003年开始大批量投入生产使用 , 国内也开始了对永磁大功率发电机进行开发研究工作。如何确 保产品的可靠性 , 适应使用温度高、振动大、灰尘大等恶劣环境下长期工作 , 攻克大功率发电机整流技术、稳压技术、磁钢优化设计技术、转子结构设计等技术难关 , 是面临的一大课题。 永磁发电机在应用上，从效率，结构，体积，重量上都要比 励磁 发电机来的优越。目前全球处于能源紧缺的情况下，对于能源的利用率就更加严格，今年国内又推出将对汽车电子类等几大行业进行治理。可见对于能源的要求是多么重nts 2 要。永磁发电机的出现，一来可以在工艺上减少成本的投入，提高材料的利用率；二来增长蓄电池的寿命，并且减少发电机的体积和重量。 磁路结构和 设计计算 永磁发电机与电励磁式发电机的最大区别在于它的励磁磁场是永磁体产生的。永磁体在电机中既是磁源 , 又是磁路的组成部分。永磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关 , 还与永磁体的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关 , 具体性能数据的离散性很大。而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化。此外 , 永磁发电机的磁路结构多种多样 , 漏磁路十分复杂而且漏磁通占的比例较大 , 铁磁材料部分又比较容易饱和 , 磁导是非线性的。这些都增加了永磁发电机电磁计算的复杂性 , 使计算结果的准确度低于电励磁发电机。 因此 , 必须建立新的设计概念 , 重新分析和改进磁路结构和控制系统 ; 必须应用现代设计方法 , 研究新的分析计算方法 , 以提高设计计算的准确度 ； 必须研究采用先进的测试方法和制造工艺。 控制问题 永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场 , 但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。这些使永磁发电机的应用范围受到了限制。但是 ,随着MOSFET、 IGBT 等电力电子器件的控制技术的迅猛发展 , 永磁发电机在应用中 , 可以不必进行磁场控制而只进行电机输出控制。设计时需要钕铁硼材料、电 力电子器件和微机控制三项新技术结合起来 , 使永磁发电机在崭新的工况下运行。 不可逆退磁问题 如果设计或使用不当 , 永磁发电机在过高 (钕铁硼永磁 ) 或过低 (铁氧体永磁 ) 温度时 , 在冲击电流产生的电枢反应作用下 , 或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁 , 或叫失磁 , 使电机性能降低 , 甚至无法使用。因而既要研究开发适合于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置 , 又要分析各种不同结构形式的抗去磁能力 , 以便在设计和制造时 , 保证永磁式发电机不失磁。 nts 3 成本问题 由于稀土永磁材料目前价格还比较贵 , 稀土永磁发电机的成本一般比电励磁式发电机高 , 这需要用它的高性能和运行费用的节省来补偿。在设计时即需根据具体使用场合的要求 , 进行性能、价格的比较后决定取舍 , 又要进行结构工艺的创新和设计优化以降低成本。 永磁发电机 采用高能量的钕铁硼和大功率控制器件制造出来的永磁发电机 , 体积小、重量轻、功率大、输出效率高。 三：目前研究中存在的问题 汽车永磁发电机研究的关键技术是在于稳压环节，永磁发电机的使用的是永久磁钢， 因此在结构常数一定的条件下，保持发电机端电压平均值恒定，就是要保持发电机在转速或负载变化时输出电压的稳定。 四：汽车永磁稳压系统的研究思路 稳压电路采用串联型直流稳压电路，原理图包括 4 个组成部分，如图 3 所示。 采样电阻 由电阻 R1 、 R2 和 R3 组成。当输出电压发生变化时， 采样电阻取其变化量的一部分送到放大电路的反相输入端。 放大电路 放大电路 A 的作用是将稳压电路输出电压的变化量进行放大， 然后再送到调整管的基极。如果放大电路的放大倍数比较大， 则只要输出电压产生一点微nts 4 小的变化， 即能引起调整管的基极电压发生较大的变化，提高了稳压效果。因此，放大倍数 愈大，则输出电压的稳定性愈高。 基准电压 基准电压由稳压管 VDZ 提供，接到放大电路的同相输入端。采样电压与基准电压进行比较后， 再将二者的差值进行放大。电阻 R 的作用是保证 VDZ有一个合适的工作电流。 调整管 调整管 VT 接在输入直流电压 U1和输出端的负载电阻 RL之间。输出电压 U0 由于电网电压或负载电流等的变化而发生波动时， 其变化量经采样、比较、放大后送到调整管的基极，使调整管的集 射电压也发生相应的变化， 最终调整输出电压使之基本保持稳定。现在分析串联型直流稳压电路的稳压原理。假设由于U1 增大或 IL 减少而导致输出电压 U0 增大，则通过采样以后反馈到放大电路反相输入端的电压 UF 也按比例地增大，但其同相输入端的电压即基准电压 UZ 保持不变，故放大电路的差模输入电压将减小，于是放大电路的输出电压减小， 使调整管的基极输入电压 UBE 减小， 则调整管的集电极电流 IC 随之减小， 同时集电极电压 UCE增大，结果使输出电压 U0 保持基本不变。以上稳压过程可简明表示如下： U1 或 IL U0 UF UId UBE IC UCE U0 该串联型直流稳 压电路稳压的过程，实质上是通过电压负反馈使输出电压保持基本稳定的过程。 该串联型直流稳压电路的另一个优点是允许输出电压在一定范围内进行调节。这种调节可以通过改变采样电阻中电位器 R2 的滑动端位置来实现。定性地看，当 R2 的滑动端向上移动时，反馈电压 UF 增大，放大电路的差模输入电压减小，使调整管的 UBE 减小，则 UCE 增大， 于是输出电压 U0 减小；反之，若 R2 的滑动端向下移动，则 U0 增大。输出电压总的调节范围与采样电阻 R1 、 R2 和 R3 ， 3者之间的比例关系以及稳压管的稳压值 UZ 有关。在 上 图中， 假设放大电路 A 是理想运放， 且工作在线性区，则可以认为其两个输入端“虚短”，即 U+=U-，在本电路中 U+=UZ， U-=UF，故 UZ=UF。 nts 5 五：文献 1刘明丹 .永磁发电机的电子稳压及可调研究 J. 农机化研究 .2004 年 5 月 ; 2陈磊 章玮 方攸同 .汽车交流发电机的稳压电路设计 J. 微电机 .
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