毕业论文--直流无刷电机控制器的研制（硬件）

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1、江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）直流无刷电机控制器的研制（硬件）序言直流电动机具有非常好的线性机械特性、宽的调速范围、大的起动转距、简单的控制电路等优点，应用十分广泛。但是，因直流电动机的电刷和换向器的强迫性接触，造成了它结构复杂、可靠性差、接触电阻变化等一系列问题，影响了直流电动机的调速精度和性能．随着电子技术、功率元件技术和高性能的磁性材料制造技术的飞速发展，利用电子器件和传感装置代替直流电动机的换向器，这就出现了无刷直流电动机，使直流电动机减少了滑动接触，消除了换向火花。无刷电机的优点如此之多，而且它在我们实际生活中也得到了非常广泛

2、应用，如电动自行车，航模和微型玩具，所以激起了我们研制无刷电机的浓厚兴趣。本次毕业设计主要介绍了基于单片机的无刷电机的控制系统，我主要侧重于硬件方面的介绍。其中第一章主要介绍了无刷电机特点和工作原理；第二章主要介绍AT89C51单片机的系统结构和内部功能模块；第三章主要介绍了硬件电路的设计，其中包括：驱动模块的设计、控制模块的设计、测速模块的设计、过载保护模块的设计；第四章主要介绍了系统的调试，分为硬件调试、软硬联调及成品封装。本章中详细记述了在调试过程中出现的问题以及解决方案。最后附录了本次毕业设计的硬件电路连接图（包括控制电路原理图和测速电

3、路原理图）、元器件清单、参考文献。由于时间和水平有限，我们的设计做的还不够完善的，在许多方面都需要进一步的改进和突破，比如板子可以设计得更加完美等。在这里希望大家集思广益，为我们多提宝贵意见和建议。设计中的错误和不足之处在所难免，恳请各位老师、同学批评指正。第48页共47页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第1章无刷电机1.1无刷电机概述1.1.1无刷电机的特点传统的直流电机以其优良的转矩特性和调速性能在运动领域中有着广泛的应用，但机械电刷却是它的致命弱点。电刷的存在带来了一系列的问题，如：存在机械摩擦、噪声、电火花无线电干扰及寿命短，再加

4、上它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。无刷直流电动机就是为了既要保持有刷直流电动机的优异特性，又要革除电刷和换向器的“顽疾”为目的而研制的。控制系统中的执行电动机应该具有下列优点：快速性、可靠性高、体积小、重量轻、节能、效率高、适应环境和经济性。下面就这些方面具体分析无刷直流电动机的优点所在。表1-1是目前应用较为广泛的几种电动机的基本性能的比较：基本性能电机类型效率体积控制特性技术性能结构寿命电机本体成本直流电动机较高小好短高无刷直流电动机高小较好长高交流电动机低大一般长低开关磁阻电动机较低较小较好长低在快速性方面，无

5、刷直流电动机的转子是由永磁材料构成的磁极体，电枢绕组在定子上，因而转子外径相对较小，转子转动惯量因而也较小；在转矩方面，有直流电动机才能达到大的起动转矩和最大转矩，而无刷直流电动机具有直流电机的特性，从而起动转矩和最大转矩都较大。因此无刷直流电动机可以实现快速的起、停、加速和减速。在可控性方面，直流电动机的输出转矩和绕组流过的电流成线性关系，直流电动机的起动转矩又大，因第48页共47页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）此可控性很好、很方便。无刷直流电动机的输出特性和一般有刷的直流电动机很相似，只要简单的改变电动机的输入电压的大小就可以实现在

6、很大的范围内进行无极调速。在可靠性方面，因为其消除了电刷和换向器，所以也就消除了故障的主要根源，由于无刷直流电机的转子上没有绕组，因此转子上没有电的损耗，又由于主磁场是恒定的，因此铁损也是极小的(在方波电流驱动时，电枢磁势的轴线是脉动的，会在转子铁心内产生一定的铁损)。总的来说除了轴承旋转产生的摩擦损耗外，转子方面的损耗很小，因而进一步增加了可靠性。因此可知：和其它类型的电动机相比，无刷直流电动机不仅较为可靠而且损耗较小，它的电枢在定子上，直接与机壳相连，散热条件好，热传导系数大，由于这样的原因，在相同的条件下，在相同的出力要求下，无刷直流电动

7、机可以设计的更小，重量更轻。无论是电机设计还是系统设计，提高效率、节约能源都具有重要的意义，有着长远的社会和经济效益。而异步电动机运行在轻载时功率因数低，增加了线路和网络的损耗，因此，提高电动机的效率，选择损耗最小、效率最高的电机是很重要的。在环境适应性方面，对于高性能的系统，如果只能采用直流电动机，但同时又要求长寿命，免维护以及防爆，易燃的环境条件下，有刷直流电动机就无能为力了，无刷直流电动机是最好的选择。在经济性方面，随着电子技术的进步，电子工业的发展，电子元器件的价格不断的下降。在国外的市场上，无刷直流电动机驱动，控制器的价格已经和异步电

8、动机的变频器相差不多了。不过由于稀土永磁材料的价格较贵，电机的成本也相应较高。但是考虑到综合指标(系统性能，重量，能量消耗等)之后，无刷直流电动机的应