永磁无刷直流电动机控制系统的研究
摘要
无刷直流电动机是集材料科学、电力电子技术、微电子技术和电机理论等多学科为一体的机电一体化产品，在诸多领域有着广阔的应用前景。
随着大功率开关器件集成电路及高性能的磁性材料的进步，采用电子换向原理工作的永磁无刷直流电机取得了长足的发展。永磁无刷直流电机既有直流电机的结构简单，运行可靠。又具备交流电机运行效率高，无励磁损耗及调速性能好等诸多优点，在当今国民经济的各个领域里的应用日益普及。维护方便的一系列优点
永磁无刷直流电动机发展简况
永磁无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。现阶段，虽然各种交流电动机同直流电动机在传动应用中占主导地位，但是永磁无刷直流电动机正受到普遍的关注。
自20世纪90年代以来，随着人们生活水平提高和现代化的生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备越来越趋向于高效率化、小型化及高智能化，作为执行元件的重要组成部分，电机必须具备精度高、速度快、效率高等特点，永磁无刷直流电机的应用因此而迅速增长。现阶段，虽然各种交流电动机和直流电动机在传动应用中占主导地位，但无刷直流电动机正受到普遍
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的关注。尤其在节能已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。
无刷直流电机转子采用永久磁铁，其产生的气隙磁通保持为常值，因而特别适用于恒转矩运行；对于恒功率运行，无刷直流电机虽然不能直接改变磁通实现弱磁控制，但通过控制方法的改进也可以获得弱磁控制的效果。由于稀土永磁材料的矫顽力高、剩磁大，可产生很大的气隙磁通，这样可以大大缩小转子半径，减小转子的转动惯量，因而在要求有良好的静态特性和高动态响应的伺服驱动系统中，如数控机床、机器人等应用中，无刷直流电机比交流伺服电机和直流伺服电机显示了更多的优越性。目前无刷直流电机的应用范围已遍及国民经济的各个领域，并日趋广泛，特别是在家用电器、电动汽车、航空航天等领域已得到大量应用。
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一．永磁无刷直流电动机与永磁有刷直流电动机的比较
表1-1永磁无刷直流电动机与永磁有刷直流动机的比较 工程 换向 维护 寿命 机械<速度/力矩） 特性 永磁电无刷直流电动机 借助转自子位置传感器实现电子换向 由于没有电刷和换向器，很少需要维护 比较长 平<硬）在负载条件下能在所有速度上运行 永磁电有刷直流电动机 由电刷和换向器进行机械换向 需要周期性维护 效率 输出功率/外形尺寸之比高 转自惯量 速度范围 电气噪声 制造价格 控制 控制要求 比较短 中等平<中等硬）。在较高速度上运行时，电刷摩擦增加，有用力矩减小 由于没有电刷压降，所中等 以效率高 由于电枢绕组的设置在中等/低。电枢产生的热与机壳相连的定子上，量消散在气隙内，这样所以容易散热。这种优就增加了气隙温度，从异的热传导特性一定程而限制了输出功率/外形度上允许减小电动机的尺寸之比 尺寸，所以输出功率/外形尺寸之比高 转自惯量低，因为永磁转自惯量高，限制了动体设置在转子上，改善态特性 了动态响应 比较高。没有电刷/换向比较低，存在着电刷给器给予的机械限制 予的机械限制 低 电刷的电弧将对附近的设备产生电磁干扰 比较高 低 复杂和价格贵 简单和价格不贵 为了使电动机运转必须对于一个固定的速度而要有控制器，但同样的言，不需要控制器；有控制器可用于变速控制 变速要求的时候才需要控制器
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