无位置传感器无刷电机调速系统设计【文献综述】

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1、毕业设计文献综述电气工程与自动化无位置传感器无刷电机调速系统设计早在20世纪30年代，就有人开始研制以电子换相来代替机械换向的无刷直流电机，并取得了一定成果。但由于当时大功率电子开关器件的发展还处于起步阶段，没有理想的电子换相元件，导致这中电机只能停留在实验室研究阶段。[1]1955年，美国的D.Harrison首次实现了晶体管电子开关代替了电刷，但这只是无刷直流电机简单的雏形，无起动转矩，没有实现应用。到六十年代，高强度稀土永久磁铁的有效利用及借助霍尔元件来实现换相，为无刷直流电机的出现创造了条件。七十年代以来，随着电力电子技术的飞速发展，许多新型高性能半导体功率器件，如G

2、TR,MOSFET,IGBT等相继出现，以及高性能永磁材料，如衫钻、钦铁硼等的问世，均为无刷直流电机的广泛应用奠定了坚实的基础，无刷直流电动机系统因而得到了迅速的发展。1978年，原西德MANNESMANN公司的Indramat分部在汉诺威贸易博览会上正式推出MAC无刷直流电动机系统，标志着无刷直流电动机技术已经进入实用化阶段。20世纪八十年代以来，随着新型稀土永磁材料的不断发展应用，无刷直流电动机的造价更低，性能更为优越，再加上消除了直流电动机机械式换向带来的一系列限制，并且体积小、重量轻、效率高、转动惯量小，因而在医疗器械、仪器仪表、化工、办公自动化设备以及家电产品等领域

3、具有广泛的应用。尤其在节能己成为时代主题的今天，无刷直流电机高效率的特点更显示了其巨大的应用价值。因此，对无刷直流电动机的深入研究是非常必要的，具有重大的应用价值。[4]在交流系统中应用的电动机主要有感应电动机和永磁同步电动机两种，其中永磁同步电动机按工作原理不同，又可分为正弦波反电势的永磁同步电动机(PMSM)和方波反电动势的无刷直流电动机(BLDCM)。采用矢量控制的异步电动机，己经可以获得接近直流调速系统的机械特性和较宽的调速范围，但是主要缺点是控制较为复杂，且对电机参数有较强的依赖性；采用PWM控制的永磁同步电机的外特性完全可以与直流电机等效，且与感应电机相比，体积小

4、、重量轻、效率高、控制相对简单，且不存在励磁损耗问题，因此在高性能应用领域，永磁同步电动机显示了更多的优势。[3]和正弦波永磁同步电机相比，方波无刷直流电动机虽然存在着转矩脉动的问题，但其优越性表现在:不需要正弦波永磁同步电机中的绝对的位置编码器，功率密度更高，输出转矩更大，控制结构更为简单，能使电机与逆变器的潜力得到更充分的发挥。因此，永磁无刷直流电动机的应用和研究受到广泛重视。  无刷直流电机最大的特点就是它以半导体开关元件代替了由电刷和换向器组成的机械换向结构。由于没有了滑动电接触，就消除了传统直流电机换向产生的噪声、火花等，而且抗干扰性能好，运行可靠，维护方便，同时也

5、延长了电机的使用寿命。无刷直流电机转子采用永磁体激磁，没有激磁损耗，提高了电机整体的效率。电枢绕组位于定子上，热阻小，散热方便，使电机的温升易于控制。在相同功率的情况下，无刷直流电机比交流电机体积小、效率高。并且，无刷直流电机还保持了有刷直流电机优良的调速特性，转速控制方便。[3]无刷直流电动机控制的关键技术在于转子位置信息的获得及估计方法，和PMSM所需要的连续位置信号相比，无刷直流电动机的位置信息的获取要容易得多，仅仅需要几个关键的换相时刻位置信息。传统的无刷直流电动机的电子换向装置主要采用电子式或机电式位置传感器直接测量，如霍尔效应器件(HED)、光学编码器、旋转变压器

6、等。有些传感器的分辨率低或运行特性不好，有的对环境条件很敏感，如震动，潮湿和温度变化都会使性能下降，使得整个传动系统的可靠性和精确性难以得到保证。传感器还大大增加了电气连接线数目，给抗干扰设计带来一定困难。在精确的位置伺服系统中由于空间有限，没有安装传感器的余地。无位置传感器的无刷直流电动机省去了位置传感器，因而电机结构简单，体积小、可靠性高。当电机体积较小、位置传感器难以安装或工作环境恶劣以至于位置传感器无法正常工作时，无位置传感器的BLDCM就更加显示其独特的优越性。所谓的无位置传感器，正确的理解应该是无机械的位置传感器，在电机的运转过程中，作为逆变桥功率器件换相导通时序

7、的转子位置信号仍然是需要的，只不过这种信号不再是由位置传感器来提供，而应该由新的位置信号检测措施来代替，即以提高电路和控制的复杂性来降低电机的复杂性。从控制系统的成本、维护性、可靠性等方面来考虑，无位置传感器的传动系统对提高系统的可靠性和对环境的适应性具有重要的意义。转子位置的准确检测是逆变器开关状态切换的基础，精度高低直接影响转矩的输出。因此，在小型、轻载条件下，无位置传感器无刷直流电机成为理想的选择并具有广泛的发展前景。 所以对于无位置传感器的无刷直流电动机的研究已经成为国内外学术界所重视，成为近年