小功率低成本的无刷直流电动机控制器研制合肥工业大学自动化研究所肖本贤
摘要：针对电动助力车与压缩机电机的特点，对其驱动控制进行了研究，提出了一种高效低价的小型控制器的设计。主要介绍以专用控制芯片MCC33035、MC33039、IR2130为核心构成的永磁无刷直流电动机控制器结构，主要涉及核心控制电路的构成、功率开关元件的驱动以及必要的保护措施。
1 引言
永磁无刷直流电动机是近年随着电力电子器件及新型永磁材料发展而迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机，既具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电机那样固有的优越的起动性能和调速特性，而无机械式换向机构，现以广泛应用于各种调速驱动场合，其应用前景看好，尤其从当今的环保、能源、效率等综合因素出发，水磁无刷直流电机可望在未来的电动车及冰箱或空调类永磁压缩机领域占有主导地位。
永磁无刷直流电动机控制器结构已有多种形式，有最初复杂的模拟式到近来以单片机为核心的数字式，但新型电机控制专用芯片的出现，给无刷直流电机调速装置设计带来了极大的便利，这种集成模拟控制芯片控制功能强、保护功能完善、工作性能稳定，组成的系统所需外围电路简单、抗干扰能力强、特别适用于对控制器体积、价格性能比要求较高的场合。
2 无刷直流电机的驱动控制电路
无刷直流电动机功率开关电路一般采用桥式或非桥式驱动，由于三相星形桥式驱动方式，其绕组利用率较高、力矩波动小，因而被大量采纳。图1 是其工作原理图，对压缩机类负载，其输入可采用220V／50HZ市电输入、二极管单相全桥整流、电容滤波后得到；而对电动车其直流电源一般均为蓄电池。图中主回路功率器件选用POWER-MOSFET，驱动电路采用IR公司生产的六输出高压MOS 栅极驱动器IR2130。
MC33035是MOTOROLA公司研制的第二代无刷直流电机控制专用集成电路，加上一片MC33039电子测速器将转子位置信号进行F／V转换，形成转速反馈信号，即可构成转速闭环调节系统。MC33035包括—个转子定位译码器可用于确定适当换向顺序，它监控着3 个霍尔效应开关传感器输入 (4、5、6脚)，以保证顶部和底部驱动输出的正确顺序；一个以向传感器供电能力为基准的温度补偿器；一个可以程序控制频率的锯齿波发生器；一个全通误差放大器，能够促进闭环电机速度实现控制，若作为开环速度控制，则可将这误差放大器连成为单一增益电压跟随器；一个脉冲宽度调制比较器，3个集电极开路顶部驱动输出(1，2，24脚)，以及三个适用于驱动功率MOSFET的理想的大电流推挽式底部驱动输出 (19，20，21脚)；MC33035还具有几种保护特性，欠压锁定，由可选时间延迟限制的循环电流锁定停车方式，内部过热停车，以及一个很容易与微处理器相连的故障输出。这两种集成芯片可以方便地完成无刷直流电动机的正反转、运转起动以及动态制动、过流保护、三相驱动信号的产生、电动机转速的简易闭环控制等。此外，MC33035还有一个60度／120度选择管脚，它可以确定转子
定位译码器是60。或是120。传感器电相位输入。该控制器电路结构，如图2所示。
图2中，J1控制电机转向，J2控制起停，月选择速度开环或闭环运行，J4控制电机制动，J5选择转子位置检测信号为60度或120度方式，J6控制系统的复位。电位器用以设定所需电机转速，LED用作故障指示，当出现无效的传感器输入码、过流、欠压、芯片内部过热、使能端为低电平时，LED发光报警，同时自动封锁系统，只有故障排除后，经系统复位才能恢复正常工作。
该控制器工作过程为：从电机转子位置检测器PS送来的三相位置检测信号(SA、SB、SC)一方面送入MC33035，经芯片内部译码电路结合正反转控制端、起停控制端、制动控制端、电流检测端等控制逻辑信号状态，经过运算后，产生逆变器三相上、下桥臂开关器件的六路原始控制信号，其中，三相下桥开关信号还要按无刷直流电机调速机理进行脉宽调制处理。处理后的三相下桥PWM控制信号(AB、BB、CB)及三相上桥控制信号(AT、BT、CT)经过驱动放大后，施加到逆变器的六个开关管上，使其产生出供电机正常运行所需的三相方波交流电流。另一方面，转子位置检测信号还送入MC33039，经F／V转换，得到一个频率与电机转速成正比的脉冲信号FOUT，其通过简单的阻容网络滤波后形成转速反馈信号，利用MC33035中的误差放大器即可构成一个简单的P调节器，实现电机转速的闭环控制。实际应用中，还可用外接各种PI、PID调节电路实现复杂的闭环调节控制。
3 IR2130驱动电路分析
按MC33035 的原有设计，其输出的下桥三路驱动信号可直接驱动N沟通功率MOSFET，上桥三路驱动信号可直接驱动P沟通功率MOSFET。现考虑到逆变桥上桥臂也采用三个N沟通MOSFET，这样，各相上桥臂的驱动信号都将有各自不同的地位；另一考虑就是在需要较大驱动信号及较大偏置电压下直接使用，而 MC33035上桥臂仅具有50mA吸入电流及最小30V击穿电压能力，在较高电压场合下，如AC220V经单相桥整流的给定电压就需转换。
IR2130 是美国IR公司生产的大功率MOSFET和IGBT专用驱动集成电路，驱动信号延时为阳级，开关频率在20kHz以上，其主要特点和性能为：集成度高，六路驱动，所需外围元件少；偏置电压最大600V，驱动电流200Ma/420mA，栅压范围10～20V，开关时间120ns/94ns(典型值)，死区时间2．5μs(典型值)；具有过流关断、欠压封锁功能；单电源工作，六路驱动仅用一个+15V～20V直流电压电源，IR2130内部应用自举技术来实现同一集成电路可同时输出两个驱动逆变桥中高压侧与低压侧的通道信号，它的内部为自学操作设计了悬浮电源；悬浮电源保证了IR2130直接可用于母线电压为—4～+500V的系统中来驱动功率MOSFET或IGBT，其中3个上半桥臂功率管驱动利用自举电容电压供电，3个下半桥臂功率管与芯片共用一个电源。IR2130外部电路，如图3所示。
图中，C1、C2、C3为逆变器上桥臂产生隔离电源的自举电容，其值的大小与功率开关的栅极驱动要求和功率开关的最大“开通”时间有关；R3—R6、RS为过流检测电阻，只要改变R4的大小，就可调节电流保护值的大小；R10—R15为栅极电阻，R7—R9 为上三臂的栅源电阻；其中引脚2、3、4为驱动逆变器中三个高压侧功率管的对应信号输入端，引脚5、6、7为驱动逆变器中三个低压侧功率管对应信号输入端，分别接至MC33035对应输出端；而对应的六路驱动器输出端已连至相应高、低压侧的六个N沟道功率MOSFET；芯片中ITRP是过流保护的逻辑输入信号，该信号取自功率主电路中的电流检测器，它与一个0．5v的比较电平比较，再与欠压等信号相或，可以阻止信号发生器产生六个输出，同时送出一故障信号FAULT给外部电路，该端提供一个过电流、直通或过电压、欠电压保护的指示信号，应用中，接指示用发光二极管或用户系统封锁端。
其工作原理为：从MC33035脉冲形成部分(或PWM波形发生器)来的三相六路输出脉冲信号，经内部三个输入信号处理器，按真值表处理之后，变为六路输出脉冲，其对应的驱动三路低压侧功率管信号，经三路输出驱动器功率放大后，直接送往被驱动MOSFET的栅源极。而另外三路高压侧驱动信号H1、H2、H3 先经片内三个脉冲处理和电平移位器中的自举电路进行电位转换，变为三路电位悬浮的驱动脉冲，再经对应的三路输出锁存器锁存，并经严格的驱动脉冲欠电压与否检验之后，送到输出驱动器进行功率放大，最后才加到高压侧的MOSFET
的栅源极。一旦外电路发生过电流或直通、IR2130的工作电源欠电压、某路自举电源工作电压不足、脉冲形成环节发生故障时，一则封锁驱动信号，另一方面，经FAULT端输出一故障信号。
附加上一个电路图（不用IR2130)：
4 结束语
文中介绍的利用专用集成芯片构成的无刷直流电机控制系统，具有集成度高、速度快及完善的保护功能等特点。尤其是采用单一电源驱动的具有六路输出功能的IR2130 集成快，大大简化了驱动电路结构，因而整个线路外围元件少、走线简单，可大大减小逆变器体积，提高可靠性，必将成为新一代变频器驱动电路。该电路己成功地用于无刷直流电动机的控制装置中，实践证明：它是理想的无刷直流电机专用逆变调速器，具有成本低、结构简单、工作可靠的特点。
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实验一直流电动机起动实验 一、实验目的理解直流电机的工作原理，测试直流电动及直接起动的波形。说明负载转矩、转速、电流、电磁转矩之间为何具有相应的对应关系。 二、实验的主要内容 仿真一台直流并励电动机的起动过程。电动机参数为: PN =17kW, U N = 220V, n0= 3000r/min,电枢回路电阻R a =0. 0870，电枢电感La =0. 0032H，励磁回路电阻R F=181.50,电机转动惯量J=0.76 kg ?m2。 三、实验的基本原理直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电磁转矩称为起动转矩。一般情况下，在额定电压下直接起动时，起动电流可达电枢电流额定值的10~20倍，起动转矩也能达到额定转矩的10~20倍，这样的起动电流是换向所不允许的，而且过大的起动转矩会使电动机和它所拖动的生产机械遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机械和生产机械。由此可见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、枢电阻大以及转动惯量又比较小，可以直接起动以外，一般的直流电动机是不允许采用直接起动的。 四、实验步骤 1) 建立并激电动机的仿真模型:直流电动机DCmotor 的电枢和励磁并联后由直流电源DC 供电，用Step 模块给定电动机的负载转矩，在DCmotor 的m 端连接了Demux 模块,将m 端输出的4 个信号分为4 路，以便通过示波器Scope 观察，m 端输出的转速单位为rad/s,这里使用了一个放大器(Gain), 将rad/s 转换为习惯的r/min,变换系数为:k=60/2 π =9.55。 2) 计算电动机参数: 励磁电流 励磁电感在恒定磁场控制时可取“ 0” 电枢电阻 R a =0.0870 电枢电感估算
永磁无刷直流电动机的基本工作原理 无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。 1. 电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。 无刷直流电动机的原理简图如图一所示： 永磁无刷直流电动机的基本工作原理 主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅等频5-26KHZ调制波的对称交变矩形波。 永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120°的U、V、W方波，结合正/反转信号产生有效的六状态编码信号：101、100、110、010、011、001，通过逻辑组件处理产生T1-T4导通、T1-T6导通、T3-T6导通、T3-T2导通、T5-T2导通、T5-T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对N-S极，T1-T6功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电角度，转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。 2. 无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。 由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，这正是他励直流电动机的电流-转矩特性。 电动机的转矩正比于绕组平均电流： Tm=KtIav （N·m） 电动机两相绕组反电势的差正比于电动机的角速度： ELL=Keω （V） 所以电动机绕组中的平均电流为： Iav=（Vm-ELL）/2Ra （A） 其中，Vm=δ·VDC是加在电动机线间电压平均值，VDC是直流母线电压，δ是调制波的占空比，Ra为每相绕组电阻。由此可以得到直流电动机的电磁转矩： Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra） Kt、Ke是电动机的结构常数，ω为电动机的角速度（rad/s），所以，在一定的ω时，改变占空比δ，就可以线性地改变电动机的电磁转矩，得到与他励直流电动机电枢电压控制相同的控制特性和机械特性。
直流电动机分类 直流电动机按结构及工作原理可划分：（1）无刷直流电动机和（2）有刷直流电动机。 （1）无刷直流电动机：无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同．在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等)．绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进行合理换相。转子多采用钐钴或钕铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀土料，由于磁极中磁性材料所放位置的不同．可以分为表面式磁极、嵌入式磁极和环形磁极。由于电动机本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。 （2）有刷直流电动机可划分：（2、1）永磁直流电动机和（2、2）电磁直流电动机。 （2、1）永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 （2、1、1）稀土永磁直流电动机：体积小且性能更好，但价格昂贵，主要用于航天、计算机、井下仪器等。
（2、1、2）铁氧体永磁直流电动机：由铁氧体材料制成的磁极体,廉价，且性能良好，广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域。 （2、1、3）铝镍钴永磁直流电动机：需要消耗大量的贵重金属、价格较高，但对高温的适应性好，用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。 （2、2）电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。 （2、2、1）串励直流电动机：电流串联，分流，励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。 （2、2、2）并励直流电动机：并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。 （2、2、3）他励直流电动机：励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。
物理八年级人教新课标实 验安装直流电动机模型 Prepared on 22 November 2020
实验报告 实验：安装直流电动机模型 初三( )班姓名：_____________ 座号：_______ _____年___月___日 实验目的：1.安装直流电动机模型。 2.研究直流电动机的转动方向和转速。 实验器材：直流电动机模型(散件)，干电池组、滑动变阻器、开关、导线若干。 实验步骤：1.安装直流电动机模型。 2.画出直流电动机模型与变阻器、电源、开关、组成的串联电路 图。 3.按电路图连接电路。 4.经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器至合适位置，观察电动机线圈转动情况。 5.按下表进行实验，结论填入表中。 源电压，否则容易把电 动机模型烧坏。
2.为了使线圈在转动到平衡位置时，适时地改变线圈中电流方向，必须十分注意通电线圈 和换向器安装是否符合要求，应该使换向器两个铜质半环的绝缘处（断开处）的边线与线圈平面垂直。 3.电刷和换向器安装的松紧要适当，太松会接触不良形成开路，太紧会使电刷与铜质半环 间摩擦过大妨碍线圈的转动。 4.若接通电源后，电动机模型不转动，则可能有以下故障： ①滑动变阻器的连入阻值过大。②电刷与换向器间接触不良。③线圈正好处于平衡位置。 ④电磁铁没有磁性（或磁体没有放置好，磁场较弱）⑤电路的其它部分开路。☆） 实验报告 实验：安装直流电动机模型 初三( )班姓名：_____________ 座号：_______ _____年___月___日 实验目的：1.安装直流电动机模型。 2.研究直流电动机的转动方向和转速。 实验器材：直流电动机模型(散件)，干电池组、滑动变阻器、开关、导线若干。 实验步骤：1.安装直流电动机模型。 2.画出直流电动机模型与变阻器、电源、开关、组成的串联电路 图。 3.按电路图连接电路。 4.经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器至合适位置，观察电动机线圈转动情况。 5.按下表进行实验，结论填入表中。
无刷直流电机的组成及工作原理 2.1 引言 直流无刷电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机。下文从无刷直流电动机的三个部分对其发展进行分析。 2.2 无刷直流电机的组成 2.2.1 电动机本体 无刷直流电动机在电磁结构上和有刷直流电动机基本一样，但它的电枢绕组放在定子上，转子采用的重量、简化了结构、提高了性能，使其可*性得以提高。无刷电动机的发展与永磁材料的发展是分不开的，磁性材料的发展过程基本上经历了以下几个发展阶段：铝镍钴，铁氧体磁性材料，钕铁硼（NdFeB）。钕铁硼有高磁能积，它的出现引起了磁性材料的一场革命。第三代钕铁硼永磁材料的应用，进一步减少了电机的用铜量，促使无刷电机向高效率、小型化、节能的方向发展。 目前，为提高电动机的功率密度，出现了横向磁场永磁电机，其定子齿槽与电枢线圈在空间位置上相互垂直，电机中的主磁通沿电机轴向流通，这种结构提高了气隙磁密，能够提供比传统电机大得多的输出转矩。该类型电机正处于研究开发阶段。 2.2.2 电子换相电路 控制电路：无刷直流电动机通过控制驱动电路中的功率开关器件，来控制电机的转速、转向、转矩以及保护电机，包括过流、过压、过热等保护。控制电路最初采用模拟电路，控制比较简单。如果将电路数字化，许多硬件工作可以直接由软件完成，可以减少硬件电路，提高其可靠性，同时可以提高控制电路抗干扰的能力，因而控制电路由模拟电路发展到数字电路。 驱动电路：驱动电路输出电功率，驱动电动机的电枢绕组，并受控于控制电路。驱动电路由大功率开关器件组成。正是由于晶闸管的出现，直流电动机才从有刷实现到无刷的飞跃。但由于晶闸管是只具备控制接通，而无自关断能力的半控性开关器件，其开关频率较低，不能满足无刷直流电动机性能的进一步提高。随着电力电子技术的飞速发展，出现了全控型的功率开关器件，其中有可关断晶体管（GTO）、电力场效应晶体管（MOSFET）、金属栅双极性晶体管IGBT 模块、集成门极换流晶闸管（IGCT）及近年新开发的电子注入增强栅晶体管（IEGT）。随着这些功率器件性能的不断提高，相应的无刷电动机的驱动电路也获得了飞速发展。目前，全控型开关器件正在逐渐取代线路复杂、体积庞大、功能指标低的普通晶闸管，驱动电路已从线性放大状态转换为脉宽调制的开关状态，相应的电路组成也由功率管分立电路转成模块化集成电路，为驱动电路实现智能化、高频化、小型化创造了条件。 2.2.3 转子位置检测电路
实验二直流并励电动机 一.实验目的 1.掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2.掌握直流并励电动机的调速方法。 二.预习要点 1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 2.直流电动机调速原理是什么？ 三.实验项目 1.工作特性和机械特性 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、n=f(I a)及n=f(T2)。 2.调速特性 (1)改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f(Ua)。 (2)改变励磁电流调速 保持U=U N，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(I f)。 (3)观察能耗制动过程 四．实验设备及仪器 1．NMEL系列电机教学实验台的主控制屏。 2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13）。 3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表） 4．直流电压、毫安、安培表（NMEL-06）。 5．直流并励电动机。M03 (U N=220v，I N=1.1A，n N=1600) 6．波形测试及开关板（NMEL-05）。 7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。 五．实验方法 1．并励电动机的工作特性和机械特性。 实验线路如图1-6所示 U1：可调直流稳压电源 R1、R f：电枢调节电阻和磁场调节电阻， 位于NMEL-09。
电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。 b．直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻R f和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=U N=220V，Ia=I N，n=n N=1600r/min，此时直流电机的励磁电流I f=I fN（额定励磁电流）。 c．保持U=U N，I f=I fN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流I a、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。表U＝U N＝221V I f=I fN=56.1mA I f2=1.1 A
无刷直流永磁电动机设计实例 一. 主要技术指标 1. 额定功率：W 30P N = 2. 额定电压：V U N 48=，直流 3. 额定电流：A I N 1< 3. 额定转速：m in /10000r n N = 4. 工作状态：短期运行 5. 设计方式：按方波设计 6. 外形尺寸：m 065.0036.0?φ 二． 主要尺寸的确定 1. 预取效率63.0='η、 2. 计算功率i P ' 直流电动机 W P K P N N m i 48.4063 .030 85.0'=?= = η，按陈世坤书。 长期运行 N i P P ?'' += 'ηη321 短期运行 N i P P ?'' += 'η η431 3． 预取线负荷m A A s /11000'= 4． 预取气隙磁感应强度T B 55.0'=δ 5. 预取计算极弧系数8.0=i α 6． 预取长径比（L/D ）λ′=2
7．计算电枢内径 m n B A P D N s i i i 233 11037.110000 255.0110008.048 .401.61.6-?=?????=''''='λαδ 根据计算电枢内径取电枢内径值m D i 21104.1-?= 8. 气隙长度m 3107.0-?=δ 9. 电枢外径m D 211095.2-?= 10. 极对数p=1 11. 计算电枢铁芯长 m D L i 221108.2104.12--?=??='='λ 根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L= m 2108.2-? 12. 极距 m p D i 22 1 102.22 104.114.32--?=??==πτ 13. 输入永磁体轴向长m L L m 2108.2-?== 三．定子结构 1. 齿数 Z=6 2. 齿距 m z D t i 22 1 10733.06 104.114.3--?=??==π 3. 槽形选择 梯形口扇形槽，见下图。 4. 预估齿宽: m K B tB b Fe t t 2210294.096 .043.155 .010733.0--?=???==δ ，t B 可由 设计者经验得1.43T ，t b 由工艺取m 210295.0-? 5. 预估轭高: m B K B a K lB h j Fe i Fe j j 211110323.056 .196.0255 .08.02.222-?=????=≈Φ= δδτ
直流无刷电动机及其调速控制 1．直流无刷电动机的发展概况与应用 有刷直流电动机从19世纪40年代出现以来，以其优良的转矩控制特性，在相当长的一段时间内一直在运动控制领域占据主导地位。但是，有机械接触电刷-换向器一直是电流电机的一个致命弱点，它降低了系统的可靠性，限制了其在很多场合中的使用。为了取代有刷直流电动机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。早在1917年，Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。 1955年美国的D.Harrison等首次申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，标志着现代无刷直流电动机的诞生。无刷直流电动机的发展在很大程度上取决于电力电子技术的进步，在无刷直流电动机发展的早期，由于当时大功率开关器件仅处于初级发展阶段，可靠性差，价格昂贵，加上永磁材料和驱动控制技术水平的制约，使得无刷直流电动机自发明以后的一个相当长的时间内，性能都不理想，只能停留在实验室阶段，无法推广使用。1970年以后，随着电力半导体工业的飞速发展，许多新型的全控型半导体功率器件（如GTR、MOSFET、IGBT等）相继问世，加之高磁能积永磁材料（如SmCo、NsFeB）陆续出现，这些均为无刷直流电动机广泛应用奠定了坚实的基础。在1978年汉诺威贸易博览会上，前联邦德国的MANNESMANN公司正式推出了MAC无刷直流电动机及其驱动器，引起了世界各国的关注，随即在国际上掀起了研制和生产无刷直流系统的热潮，这业标志着无刷直流电动机走向实用阶段。 随着现代永磁材料和相关电子元器件的性能不断提高，价格不断下降，无刷电动机的到了快速发展，并被广泛应用于各个领域，例如，在数控机床、工业机器人以及医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺机械和家用电器等小功率场合，计算
初中物理直流电动机实验 初中物理直流电动机实验 观察与思考 1．试总结使直流电动机转向和转速改变的因素. 2．试推想交流电动机的工作原理。 3．玩具小汽车，坦克等车辆能向前后两个方向运动，而车轮的转动由车内的电动机带动，问汽车、坦克等车辆怎样改变运动方向的？ 实验结论 1.通过增大电流、增强磁场，可以使电动机的转速变快。即改变电流大小、改变磁场的强弱可以改变电动机的转动速度； 2. 只要改变电流的方向或磁场的方向中的一个，就可以改变电动机转动的方向。 实验考点 这个实验所涉及的内容，往往考查电动机的转动速度与哪些因素有关，转动的方向与哪些因素有关，以及电动机的原理，往往以探究题、填空题等形式出现。 经典考题 1. 科学家通过长期研究，发现了电和磁的联系，其中最重要的两种研究如上图所示。 （1）甲图是研究_________现象的装置，根据这一现象制了
________机。 （2）乙图是研究_____________的装置，根据这一现象制成了_________机。 3. 在安装直流电动机模型的实验中，安装完毕后闭合开关，线圈沿顺时针方向转动，要想使线圈沿逆时针方向转动，正确的做法是（） A. 减少一节电池 B. 调换磁性更强的磁铁 C. 把电源正、负极和磁铁南、北极同时对调 D. 把电源正、负极对调或磁铁南、北极对调 观察与思考答案 1. 电流的方向,磁铁磁极的方向能改变电动机的转向,电流的强弱、磁场的强弱、线圈的特性能改变转速。 2. 交流电动机采用交流电源，利用电流方向的改变使线圈在磁场中受力方向改变，从而维持线圈的不断转动。 3. 当电流方向发生改变时，电动机的转向随之发生改变，进而使车轮也反向转动，达到向前后两个方向运动的目的。 经典考题答案 1.要明确电动机的原理和发电机的原理，这两个实验比较相似，是同学们容易混淆的两个知识点。发电机的原理图中没有电源而有电流表，电动机的图中有电源，没有电流表。
无刷直流永磁电动机设计实例 一. 主要技术指标 1. 额定功率：W 30P N = 2. 额定电压：V U N 48=，直流 3. 额定电流：A I N 1< 3. 额定转速：m in /10000r n N = 4. 工作状态：短期运行 5. 设计方式：按方波设计 6. 外形尺寸：m 065.0036.0?φ 二． 主要尺寸的确定 1. 预取效率63.0='η、 2. 计算功率i P ' 直流电动机 W P K P N N m i 48.4063 .030 85.0'=?= = η，按陈世坤书。 长期运行 N i P P ?'' += 'ηη321 短期运行 N i P P ?'' += 'η η431 3． 预取线负荷m A A s /11000'= 4． 预取气隙磁感应强度T B 55.0'=δ 5. 预取计算极弧系数8.0=i α 6． 预取长径比（L/D ）λ′=2
7．计算电枢内径 m n B A P D N s i i i 233 11037.110000 255.0110008.048 .401.61.6-?=?????=''''='λαδ 根据计算电枢内径取电枢内径值m D i 21104.1-?= 8. 气隙长度m 3107.0-?=δ 9. 电枢外径m D 211095.2-?= 10. 极对数p=1 11. 计算电枢铁芯长 m D L i 221108.2104.12--?=??='='λ 根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L= m 2108.2-? 12. 极距 m p D i 22 1 102.22 104.114.32--?=??==πτ 13. 输入永磁体轴向长m L L m 2108.2-?== 三．定子结构 1. 齿数 Z=6 2. 齿距 m z D t i 22 1 10733.06 104.114.3--?=??==π 3. 槽形选择 梯形口扇形槽，见下图。 4. 预估齿宽: m K B tB b Fe t t 2210294.096 .043.155 .010733.0--?=???==δ ，t B 可由 设计者经验得1.43T ，t b 由工艺取m 210295.0-? 5. 预估轭高: m B K B a K lB h j Fe i Fe j j 211110323.056 .196.0255 .08.02.222-?=????=≈Φ= δδτ
直流电机和三相异步电动机功率上的区别
直流电机和三相异步电动机功率上的区别
直流电机和三相异步电动机功率上的区别，具体点 : 功率上的区别直流电机和三相异步电动机三相异步是机是直流电机 是直流电原供电,(1)供电性质有明显区别,. 三相交流电供电三相异步交流机不需.直流电流机多数带有整蒸子, 或电子整蒸子(2). 要整蒸子三相异步电机转子是铸铝条直流电机转子有线圈绕组,(3)三相异步电机的定子必须.(4)有一部份直流电机的定子是永久磁钢. 是绕组三相异步电机只能用三相有一些直流电机可以用交流电源供电,(5). 交流电源他一个电源和电机外部尺寸等的区别！功率上没有区别！只 是控制、 KW是1KW和三相异步电动机个、什么是直流电机？ 答：输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机 2、什么是交流电机 答：输出或输入为交流电能的旋转电机，称为交流电机。 3、什么是步进电机 答：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向 转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制 角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率
来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）。永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 4、什么是伺服电机 答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降， 5异步电机只用于电动机，极少用作发电机，都是同步电机用来发电。使其产生旋转磁相交流电，3异步电动机的原理主要是在定子中通入．场，转速为n0，即同步转速。不同的磁极对数p，在相同频率f=50Hz 的交流电作用下，会产生不同的n0，n0=60f/p。 工作原理如下： 对称3相绕组通入对称3相电流，产生旋转磁场，磁场线切割转子绕组，根据电磁感应原理，转子绕组中产生e和i，转子绕组在磁场中
直流电机工作原理和有刷直流电机的模型建立 一、直流电机的基本结构 直流电机可概括地分为静止和转动两大部分。静止部分称为定子；转动部分称为转子。定、转子之间由空气隙分开，如图。 图a所示为直流电机结构，图b所示为直流电机剖面图。 1. 定子部分 定子由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。 (1)主磁极它的作用是产生恒定的主极磁场，由主磁极铁心和套在铁心上的励磁绕组组成。 (2)换向极换向极的作用是消除电机带负载时换向器产生的有害火花，以改善换向。 (3)机座机座的作用有两个，一是作为各磁极间的磁路，这部分称为定子磁轭；二是作为电机的机械支撑。 (4)电刷装置其作用，一是使转子绕组能与外电路接通，使电流经电刷输入电枢或从电枢输出；二是与换向器相配合，获得直流电压。 2. 转子部分
转子是直流电机的重要部件。由于感应电势和电磁转矩都在转子绕组中产生．是机械能与电能相互转换的枢纽，因此称作电枢。电枢主要包括电枢铁心、电枢绕组、换向器等。另外转子上还有风扇、转轴和绕组支架等部件。 （1）电枢：铁心电枢铁心的作用有两个，一是作为磁路的一部分，二是将电枢绕组安放在铁心的槽内。 （2）电枢绕组：电枢绕组的作用是产生感应电势和通过电流，使电机实现机电．能量转换它由许多形状完全相同的线圈按一定规律连接而成。每一线圈的两个边分别嵌在包枢铁心的槽里，线圈的这两个边也称为有效线圈边。 （3）换向器：换向器又称整流子，在直流电动机中，是将电刷上的直流电流转换为绕组内的交变电流，以保证同一磁极下电枢导体的电流方向不变，使产生的电磁转矩恒定；在直流发电机中，是将绕组中的交流感应电势转换为电刷上的直流电势，所以换向器是直流电机中的关键部件。 换向器由许多鸽尾形铜片（换向片）组成。 换向片之间用云母片绝缘，电枢绕组每一个线圈 的两端分别接在两个换向片上，换向器的结构如 图1-2所示。 直流电机运行时在电刷与换向器之间往往会 产生火花。微弱的火花对电机运行并无危害，若 换向不良，火花超过一定程度，电刷和换向器就 会烧坏，使电机不能继续运行。 此外，在静止的主磁极与电枢之间，有一空气隙，它的大小和形状对电机的性能影响很大。空气隙的大小随容量不同而不同。空气隙虽小，但由于空气的磁阻较大，因而在电机磁路系统中有着重要的影响。
实验八直流并励电动机 一.实验目的 1.掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2.掌握直流并励电动机的调速方法。 二.实验方法 1．并励电动机的工作特性和机械特性。 表1-8 U=U N=220V I f=I fN= 80.8 mA 2．调速特性 （1）改变电枢端电压的调速 （2）改变励磁电流的调速 三．实验报告 1.由表1-8计算出P2和η，并绘出n、T2、η=f(I a)及n=f(T2)的特性曲线。
图1 n=f(I a)特性曲线图2 T2=f(I a)特性曲线 图3 η=f(I a)特性曲线图4 n=f(T2)特性曲线 2.绘出并励电动机调速特性曲线n=f(U a)和n=f(I f)。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。 图5 特性曲线n=f(U a)图6 特性曲线n=f(I f) 在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点： 改变电枢端电压的调速是在额定转速以下调节转速的方法，电压Ua越小，转速n越小。优点：（1）可实现平滑的无级调速；（2）相对稳定性较好；（3）调速经济性较好；（4）调速范围大。 缺点：需要专用的可调压直流电源。 改变励磁电流的调速是在额定转速以上调节转速的方法，励磁电流If减小，磁通Φ变小，转速n升高。 优点：（1）可实现无级调速；（2）稳定性好；（3）调速经济性较好；（4）控制方便，能量损耗小。 缺点：受电动机机械强度和换向火花的限制，转速不能太高，调速范围不大。
四．思考题 1.并励电动机的速率特性n=f(I a)为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？ 答：根据并励电动机的速率特性公式，若忽略电枢反应，当电枢回路电流I a增加时，转速n下降；若考虑电枢反应的去磁效应，磁通Φ下降可能引起转速n的上升，即出现上翘现象。这样的变化与电枢回路电流I a增大引起的转速n降低抵消，使电动机的转速n变化很小。 2.当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低？ 答：由直流电动机机械特性的表达式可知，转速n与电枢电压Ua成正比、与磁通量Φ成反比，所以减小电压时，转速n下降。 3.当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？ 答：由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比，所以励磁电流I f减小时，主磁通也随着减小。由机械特性的表达式可知，当磁通Φ减小时，转速n升高。 4.并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞速”？为什么？ 答：不一定。因为当电动机负载较轻时，电动机的转速将迅速上升直至超过允许值，造成“飞车”；但若电动机的负载为重载时，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电动机转速减小，但电枢电流将飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，烧毁电枢绕组。
第一部分电机与拖动实验的基本要求和安全操作规程电机与拖动实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。 一、实验前的准备 实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等)，并按照实验项目准备记录抄表等。 实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。 二、实验的进行 1、建立小组，合理分工 每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。 2、选择组件和仪表 实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。 3、按图接线 根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每条支路可用相同颜色的导线或插头。 4、测取数据 预习时对电机的试验方法及所测数据作到心中有数。实验时,根据实验步骤逐次测取数据。三、实验报告 实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过分析后写出的心得体会。 实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。实验报告包括以下内容： 1) 实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温℃。 2) 列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据(P N、U N、I N、n N）等。 3) 注明实验时所用线路图中仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等。 4) 数据的整理和计算 5) 按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线。 6) 根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
三江学院 本科毕业设计（论文） 题目基于TI2812 DSP的无刷直流电动机 控制软件设计 电气与自动化工程学院院电气工程及其自动化专业学号B05071006 学生姓名邢小强 指导教师熊田忠 起讫日期2009年2月23日至2009年5月25日设计地点L422
摘要 无刷直流电机既具有直流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，还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，现已广泛应用于工业控制的各个领域。 本文在对无刷直流电动机调速系统的发展及应用综述的基础上，介绍了采用DSP芯片对无刷直流电动机进行换向与转速控制的微机控制系统。文中给出了系统的总体设计方案，分析了无刷直流电机的工作原理、控制电路、驱动电路，提出了软件控制无刷电机的策略。阐述了软件框架的基本结构以及各个模块的具体设计方法。文中还对DSP芯片（TMS320F2812）进行了一些介绍。 最后运用实际的硬件平台以及上位机软件（LabVIEW）对无刷直流电动机进行监控，证明了该系统工作良好，达到了预期目标。 关键词：无刷直流电动机，DSP芯片，软件控制
Abstract Brushless DC motor with a DC motor is simple in structure, reliable operation, easy maintenance, such as a series of advantages, also has high efficiency AC motor run, no excitation loss and good speed, and many other advantages, has been widely used in various industrial control field. This article in the brushless DC motor speed control system overview of the development and application on the basis of the paper introduces the DSP chip on the exchange of brushless DC motor and speed control to the Microcomputer Control System. In this paper, the overall design of the system program, analysis of the brushless DC motor working principle, control circuit, driver circuit, a software strategy for brushless motor control. Framework set out the basic structure of software modules, as well as the specific design methods. The article also DSP Core (TMS320F2812) to introduce a number. Finally, the use of the actual hardware platform, as well as PC software (LabVIEW) for brushless DC motor control, show that the system is good, reaching the target. Keywords: brushless DC motor, DSP chips, Control Software
直流有刷电机与直流无 刷电机的对比 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
无刷直流电机与有刷直流电机的对比直流有刷电机和无刷电机的区别是是否配置有常用的电刷换向器。有刷直流电机的换向一直是通过石墨电刷与安装在转子上的环形换向器相接触来实现的。 而直流无刷电机则通过霍尔传感器把转子位置反馈回到控制电路，使其能够获知电机相位换向的准确时间。大多数无刷电机生产商生产的电机都具有三个霍尔效应定位传感器。由于无刷电机没有电刷，故也没有相关接口，因此更干净，噪声更小，事实上无需维护，寿命更长。 直流无刷是基于交流调速原理基础上制造出来的，性能方面既有直流电机的启动转矩大，转速稳定调速方便，又有交流电机的结构简单没有易损件（没有直流电机的碳刷）价格方面因为需要专门的驱动故价格要比普通直流电机高3~4倍左右。不过调速方面因为直流无刷电机大部分都自带驱动电路（可以调速，当然也有恒速的）所以驱动起来只要给他接上额定电压后，输入调速PWM信号就可以了。这点无需再添加专门的驱动电路，另外直流无刷电机因为有霍尔元件做反馈，所以转速几乎是稳定恒速的。 一、无刷电机与有刷电机的性能比较 1、摩擦大、损耗大 有些朋友在用有刷电机的时候经常碰到这个问题，那就是使用电机一段时间后，需要打开电机来清理电机的碳刷，费时费力，维护强度不亚于一次家庭大扫除。 2、发热大、寿命短 由于有刷电机的结构原因，电刷和换向器的接触电阻较大，容易发热，而永磁体是热敏元件，如果温度太高，磁钢是会退磁的，使电机性能下降，影响有刷电机的寿命。 3、效率低、输出功率小 上面说到的有刷电机发热问题，很大程度是因为电流做功在电机的内阻上了，所以
. .. 无刷直流电动机的发展现状 无刷直流电动机的发展现状：无刷电动机的诞生标志是1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，可靠性差，需要经常维护；换相时产生电磁干扰，噪声大，影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相带来的缺点，以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，且结构简单、运行可*、易于控制。其应用从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。 在结构上，与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的定子绕组作为电枢，励磁绕组由永磁材料所取代。按照流入电枢绕组的电流波形的不同，直流无刷电动机可分为方波直流电动机（BLDCM）和正弦波直流电动机（PMSM），BLDCM用电子换相取代了原直流电动机的机械换相，由永磁材料做转子，省去了电刷；而PMSM则是用永磁材料取代同步电动机转子中的励磁绕组，省去了励磁绕组、滑环和电刷。在相同的条件下，驱动电路要获得方波比较容易，且控制简单，因而BLDCM的应用较PMSM要广泛的多。 无刷直流电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机。
永磁直流有刷电动机课程设计 目录 摘要 一、设计背景及其发展状况 二、有刷直流电动机的组成结构和工作原理 1.永磁直流电动机的结构、起动和转动机理 2.永磁有刷直流电动机的反电动势和转矩、转速、调速范围 3.永磁有刷直流电动机的功率和效率 三、永磁有刷直流电动机的设计 1.永磁有刷直流电动机主要尺寸的确定 2.永磁有刷直流电动机的绕组设计 3.永磁有刷直流电动机换向器的设计 四、磁路计算 1.组抗参数 2.损耗参数 3.外特性 4.效率特性 五、个人总结 参考文献
摘要 永磁有刷直流电机是在直流电机的基础上用永磁铁代替原有磁体材料建立的主磁场。直流电动机采用了永磁励磁后，因省去了励磁绕组，降低了励磁损耗，使其具有结构简单、体积小、效率高、用铜量少等优点。本文分析了永磁有刷直流电机的工作原理,研究了永磁有刷直流电机电磁的特点, ,运用解析计算的方法分析出电机的各项参数。为设计永磁有刷直流电动机，我们依据Matlab强大的数据计算能力建立起了永磁有刷直流电机的数学模型并进行了仿真进而对控制系统进行了一定的分析，同时还对比了在不同的参数下电机的工作性能,为电机系统的设计及其工作的稳定性提供了一定的依据。经设计出的200W永磁有刷直流电动机具有简便高效的特点。 关键词永磁直流电机有刷设计电机
一、设计背景及其发展状况 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流在磁场中受机械力的作用，即电流的磁效应。 1821年，英国科学家法拉第总结了载流导体在磁场内受力并发生机械运动的现象，法拉第的试验模型可以认为是现代直流电动机的雏形。 1822年，法国人吕萨克发现电磁铁，，即用电流流过绕在铁芯上的线圈的方法可以产生磁场。在这些发现与发明的基础上，1831年法拉第发现了电磁感应定律，发明了盘式电机。 1831年，法拉第发现了电磁感应定律，并发明了盘式电机。同年，亨利制作了振荡电机。1832年，斯特金发明了换向器，并对亨利的振荡电机进行了改进，制作了世界上第一台能连续旋转运动的电机。 1833年，法国发明家皮克西制成了第一台旋转磁极式直流发电机，主要利用了磁铁和线圈之间的相对运动和一个换向装置，这就是现代直流发电机的雏形。楞次已经证明了电机的可逆原理。 1834年，俄国物理学家雅可比设计并制成了第一台实用的直流电动机。 1838年，雅可比把改进的直流电动机装在一条小船上。 1845年，英国人惠斯通用电磁铁代替天然磁铁矿石，用于制造电机并取得了专利权。1857年，他发明了自励的电励磁发电机，开创了电励磁方式的新纪元。19世纪70年代，爱迪生发明了电灯，开始了商业目的的直流发电机的研制。1871年，凡．麦尔准发明了交流发电机。 1879年，拜依莱（Bailey）首次用电的办法获得了旋转磁场，采用依次变动四个磁极上的励磁电流的方法，如果在四个磁场的中间放一个铜盘，由于感应涡流的作用，铜盘将随着磁场的变动而旋转，这就是最初的感应电动机。 1888年，特斯拉发明了三相异步电机，并申请了专利。 1900年，可靠的卷铁芯式变压器的问世，开创了长距离输电的新纪元。 1967年，钐钴永磁材料的出现，开创了永磁电机的新纪元。由于稀土钴永磁材料价格昂贵，研究重点是航空航天等要求高性能而价格不是主要因素的高科技领域。 1983年，磁性能更高而价格相对较低的钕铁硼永磁材料问世后永磁电机的研究转移到了工业和民用电机上。 进入20世纪90年代，随着永磁材料性能的不断提高和完善，和永磁电机研究开发经验的逐步成熟，永磁电机在日常生活的各个方面获得了越来越广泛的应用。现今，永磁直流电机广泛应用于各种便携式的电子设备或器具中，如录音机、VCD 机、电唱机、电动按摩器及各种玩具，也广泛应用于汽车、摩托车、干手器、电动自行车、蓄电池车、船舶、航空、机械等行业，在一些高精尖产品中也有广泛应用，如录像机、复印机、照相机、手机、精密机床、银行点钞机、捆钞机等。