1.5kW高压稀土永磁无刷直流电动机控制器研究

论文摘要

现代无刷直流电动机是集新型稀土材料技术、电力电子技术和计算机控制技术于一体的高性能电机。它不仅结构简单、低成本、免维护、高功率密度、高效节能,而且还具有与直流电机相媲美的优良调速与控制性能,在工业控制等领域中得到了越来越广泛的应用。论文首先综述了无刷直流电动机及其控制技术的研究现状及发展趋势;结合项目开发实践,重点研究了基于无刷直流电动机专用控制芯片和单片机以及基于功率开关器件MOSFET和IPM的高压无刷直流电动机控制器,对其硬件电路和程序设计做了大量研究工作,实现了基于转子HALL位置信号的无刷直流电动机转速闭环控制策略;同时对组合铁心集中绕组稀土无刷直流电动机的设计与工艺及其转子位置检测HALL器件的安装方法进行了讨论。此外,论文还初步探讨了8极/12槽无刷直流电动机弱磁调速控制策略,并且试验了“固定提前导通角CPA法”的弱磁效果。在无刷直流电动机控制器的多轮研制过程中,通过软硬件结合和优化电路设计以及大量的试验数据和波形分析,逐步完善了控制器的性能,而且充分考虑到控制器批量化生产制程和工艺,实现了控制器的通用化、高可靠性和市场化。高压无刷直流电动机控制器测试和用户小批量化试用结果表明:无刷直流电动机转速可在20%～100%范围内连续调节,电动机额定转速时转速波动范围小于1%,稳速运行精度高,控制器散热可靠,保护功能全面,符合电磁兼容标准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 无刷直流电动机发展概述
• 1.2 无刷直流电动机的控制技术
• 1.2.1 矢量控制
• 1.2.2 滑模变结构控制
• 1.2.3 智能控制
• 1.2.4 无位置传感器控制
• 1.2.5 弱磁扩速控制
• 1.2.6 转矩脉动抑制
• 1.3 无刷直流电动机及控制器发展趋势
• 1.3.1 无刷电机控制技术发展趋势
• 1.3.2 无刷电机产品发展趋势
• 1.3.3 应用前景分析
• 1.4 课题背景、研究的主要内容与论文安排
• 第2章 基于专用芯片的高压无刷电机控制器
• 2.1 无刷电机专用控制芯片MC33035介绍
• 2.2 基于MOSFET的高压无刷电机控制器
• 2.2.1 MOSFET器件的选择
• 2.2.2 MOSFET的驱动
• 2.2.3 MOSFET的保护
• 2.2.4 控制器初始上电电路
• 2.3 基于IPM的高压无刷电机控制器
• 2.3.1 IPM器件研究
• 2.3.2 PS21267 IPM电路设计
• 2.3.3 PS21267 IPM过流保护研究
• 2.4 高压无刷电机的软起动技术
• 2.5 高压无刷电机控制器的电磁兼容问题
• 2.5.1 干扰产生机理分析
• 2.5.2 硬件抗干扰措施
• 第3章 基于C8051F310单片机的高压无刷电机控制器
• 3.1 C8051F310单片机选择
• 3.2 基于C8051F310单片机控制器的硬件设计
• 3.2.1 单片机隔离电源
• 3.2.2 HALL脉冲捕捉
• 3.2.3 转速显示电路
• 3.2.4 转速给定电路
• 3.2.5 C8051F310与PS21267 IPM接口电路
• 3.3 基于C8051F310单片机控制器的软件设计
• 3.3.1 集成开发环境μVision2
• 3.3.2 C8051F310软件实现控制功能
• 3.3.3 系统软件设计
• 3.3.4 软件抗干扰设计
• 3.4 基于相位控制的无刷电机弱磁调速探讨
• 第4章 高压稀土永磁无刷直流电动机
• 4.1 分布绕组的高压无刷电机
• 4.2 集中绕组的高压无刷电机
• 4.2.1 集中绕组无刷电机结构及优点
• 4.2.2 8极/12槽集中绕组无刷电机磁场分布
• 4.2.3 8极/12槽集中绕组无刷电机组合铁心工艺
• 4.2.4 8极/12槽集中绕组无刷电机等径磁钢
• 4.2.5 8极/12槽集中绕组绕组端部接线板和HALL电路板
• 4.3 无刷电机HALL元件的定位问题
• 4.3.1 无刷电机用HALL元件
• 4.3.2 HALL元件数量和配置
• 4.3.3 HALL元件安装位置
• 第5章 高压无刷电机控制器的制作、调试与试验
• 5.1 PCB板的设计与制作
• 5.2 散热器的设计与制作
• 5.3 高压无刷电机控制器的调试与试验
• 5.3.1 速度闭环PI调节器
• 5.3.2 电流过流保护
• 5.3.3 无刷直流电动机绕组电流波形
• 5.4 高压无刷电机及控制系统负载试验
• 5.5 控制系统研究中的几个问题及其对策
• 5.5.1 HALL波形畸变
• 5.5.2 电机转速显示误差
• 5.5.3 无刷电机制动问题
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录