直流無(wú)刷電機(jī)本體設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

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1、word格式整理版電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：信息與電氣工程學(xué)院二零一六年七月學(xué)習(xí)參考word格式整理版直流無(wú)刷電機(jī)本體設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)任務(wù)(1)額定功率(2)額定電壓(3)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)額定轉(zhuǎn)速(4)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)空載轉(zhuǎn)速(5)最大允許過(guò)載倍數(shù)(6)耐沖擊能力(7)機(jī)殼外徑設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，計(jì)算電機(jī)基本尺寸，包括：定子鐵心外徑、定子鐵心內(nèi)徑、鐵心長(zhǎng)度等。2.磁路計(jì)算，包括極對(duì)選擇、磁鋼選型、磁鋼厚度、氣隙長(zhǎng)度等方面計(jì)算。3.定子繞組計(jì)算，包括定子繞組形式、定子槽數(shù)、繞組節(jié)距等計(jì)算。2.理論與計(jì)算過(guò)程2.1直流無(wú)

2、刷電機(jī)的基本組成環(huán)節(jié)直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理如圖2-1-1所示。它主要由電機(jī)本體、位置傳感器和電子開(kāi)關(guān)線路三部分組成。電機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電動(dòng)機(jī)相似，但沒(méi)有籠型繞組和其他起動(dòng)裝置。其定子繞組一般制成多相（三相、四相、五相不等），轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對(duì)數(shù)（2p=2,4,……）組成。圖中的電機(jī)本體為三相電機(jī)。三相定子繞組分別與電子開(kāi)關(guān)線路中相應(yīng)的功率開(kāi)關(guān)器件連接，位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸相連接。當(dāng)定子繞組的某一相通電時(shí)，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁鋼位置變換成電信號(hào)，

3、去控制電子開(kāi)關(guān)線路，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。由于電子開(kāi)關(guān)線路的導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而起到了機(jī)械換向器的換向作用。因此，所謂直流無(wú)刷電機(jī)，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為是一臺(tái)由電子開(kāi)關(guān)線路、永磁式同步電機(jī)以及位置傳感器三者組成的“電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)”。其原理框圖如圖2-1-2所示。學(xué)習(xí)參考word格式整理版圖2-1-1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖直流電源電動(dòng)機(jī)位置傳感器開(kāi)關(guān)電路圖2-1-2直流無(wú)刷電機(jī)的原理框圖電機(jī)轉(zhuǎn)子的永久磁鋼與永磁有刷電機(jī)中所使用的永久磁鋼的作用相似，均是在電機(jī)的氣隙中建立足夠的

4、磁場(chǎng)，其不同之處在于直流無(wú)刷電機(jī)中永久磁鋼裝在轉(zhuǎn)子上，而直流有刷電機(jī)的磁鋼裝在定子上，圖2-1-3示出了典型直流無(wú)刷電機(jī)本體基本結(jié)構(gòu)圖。學(xué)習(xí)參考word格式整理版圖2-1-3直流無(wú)刷電機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖直流無(wú)刷電機(jī)電子開(kāi)關(guān)線路是用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)定子上各相繞組通電的順序和時(shí)間，主要由功率邏輯開(kāi)關(guān)單元和位置傳感器信號(hào)處理單元兩個(gè)部分組成。功率邏輯開(kāi)關(guān)單元是控制電路的核心，其功能是將電源的功率以一定邏輯關(guān)系分配給直流無(wú)刷電機(jī)定子上各相繞組，以便使電機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。而各相繞組導(dǎo)通的順序和時(shí)間主要取決于來(lái)自位置傳感器的信號(hào)。但位置傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)一般不能

5、直接用來(lái)控制功率邏輯開(kāi)關(guān)單元，往往需要經(jīng)過(guò)一定邏輯處理后才能去控制邏輯開(kāi)關(guān)單元，綜上所述，組成直流無(wú)刷電機(jī)各主要部件的框圖，如圖2-1-4所示。圖2-1-4直流無(wú)刷電機(jī)的組成框圖2.2直流無(wú)刷電機(jī)的基本工作原理眾所周知，一般的永磁式直流電機(jī)的定子由永久磁鋼組成，其主要的作用是在電機(jī)氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)。其電樞繞組通電后產(chǎn)生反應(yīng)磁場(chǎng)。由于電刷的換向作用，使得這兩個(gè)磁場(chǎng)的方向在直流電機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)。直流無(wú)刷電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)無(wú)電刷換相，首先要求把一般直流電機(jī)的電樞繞組放在定子上，把永磁磁鋼放在轉(zhuǎn)子上，這與

6、傳統(tǒng)直流永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)剛好相反。但僅這樣做還是不行的，因?yàn)橛靡话阒绷麟娫唇o定子上各繞組供電，只能產(chǎn)生固定磁場(chǎng)，它不能與運(yùn)動(dòng)中轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的永磁磁場(chǎng)相互作用，以產(chǎn)生單一方向的轉(zhuǎn)矩來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)除了由定子和轉(zhuǎn)子組成電機(jī)本體以外，還要由位置傳感器、控制電路以及功率邏輯開(kāi)關(guān)共同構(gòu)成的換相裝置，使得直流無(wú)刷電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中定子繞組所產(chǎn)生的的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生的永磁磁場(chǎng)，在空間始終保持在（π/2）rad左右的電角度。下面以圖2-1-1所示電路對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)工作過(guò)程作簡(jiǎn)要說(shuō)明。設(shè)三相橋式逆變器采用“120°導(dǎo)通型”通斷規(guī)律。即

7、：每隔1/6周期（60°電角度）換相一次，每次換相一個(gè)功率管，每一功率管導(dǎo)通120°電角度。各功率管的導(dǎo)通順序是V1V2、V2V3、V3V4、V4V5、V5V6、V6V1、…。當(dāng)功率管V1和V2導(dǎo)通時(shí)，電流從V1管流入A相繞組，再?gòu)腃相繞組流出，經(jīng)V2管回到電源。如果認(rèn)定流入繞組的電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正，那么從繞組流出所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩則為負(fù)，它們合成的轉(zhuǎn)矩如圖2-2-1（a）所示，其大小為T(mén)a，方向在Ta和－Tc的角平分線上。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)60°學(xué)習(xí)參考word格式整理版后，由V1V2通電換成V2V3通電。這時(shí)，電流從V3流入B相繞組再?gòu)腃相繞組流出，經(jīng)

8、V2回到電源，此時(shí)合成的轉(zhuǎn)矩如圖2-2-1（b）所示，其大小同樣為T(mén)a。但合成轉(zhuǎn)矩Tbc的方向轉(zhuǎn)過(guò)了60°電角度，而后每次換相一個(gè)功率管，合成轉(zhuǎn)矩矢量