有刷直流电机原理应用及实用控制方案探讨
bldc的工作原理
无刷直流电机原理无刷直流电动机的工作原理普通直流电动机的电枢在转子上，而定子产生固定不动的磁场。
为了使直流电动机旋转，需要通过换向器和电刷不断改变电枢绕组中电流的方向，使两个磁场的方向始终保持相互垂直，从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转。
无刷直流电动机为了去掉电刷，将电枢放到定子上去，而转子制成永磁体，这样的结构正好和普通直流电动机相反；然而，即使这样改变还不够，因为定子上的电枢通过直流电后，只能产生不变的磁场，电动机依然转不起来。
为了使电动机转起来，必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电，这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化，使定子磁场与转子永磁磁场始终保持左右的空间角，产生转矩推动转子旋转。
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。
● 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：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，通过逻辑组建处理产生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。
4种直流电机控制电路详解,含图
4种直流电机控制电路详解，含图含公式，直观又细致，不懂都难！旺材电机与电控2小时前私信“干货”二字，即可领取138G伺服与机器人专属及电控资料！直流电机在家用电器、电子仪器设备、电子玩具、录相机及各种自动控制中都有广泛的应用。
但对它的使用和控制，很多读者还不熟悉，而且其技术资料亦难于查找。
直流电机控制电路集锦，将使读者“得来全不费功夫”!在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。
大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机。
所以直流电机的控制是一门很实用的技术。
本文将详细介绍各种直流电机的控制技术。
直流电机，大体上可分为四类：第一类为有几相绕组的步进电机。
这些步进电机，外加适当的序列脉冲，可使主轴转动一个精密的角度(通常在1.8°--7.5°之间)。
只要施加合适的脉冲序列，电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动。
步进电机用微处理器或专用步进电机驱动集成电路，很容易实现控制。
例如常用的S A A l027或S A A l024专用步进电机控制电路。
步进电机广泛用于需要角度转动精确计量的地方。
例如：机器人手臂的运动，高级字轮的字符选择，计算机驱动器的磁头控制，打印机的字头控制等，都要用到步进电机。
第二类为永磁式换流器直流电机，它的设计很简单，但使用极为广泛。
当外加额定直流电压时，转速几乎相等。
这类电机用于录音机、录相机、唱机或激光唱机等固定转速的机器或设备中。
也用于变速范围很宽的驱动装置，例如：小型电钻、模型火车、电子玩具等。
在这些应用中，它借助于电子控制电路的作用，使电机功能大大加强。
第三类是所谓的伺服电机，伺服电机是自动装置中的执行元件，它的最大特点是可控。
在有控制信号时，伺服电机就转动，且转速大小正比于控制电压的大小，除去控制信号电压后，伺服电机就立即停止转动。
伺服电机应用甚广，几乎所有的自动控制系统中都需要用到。
直流电机控制算法的研究与实现的开题报告
直流电机控制算法的研究与实现的开题报告一、选题背景和意义直流电机是一种常见的电动机种类，广泛应用于机械、工业、汽车、船舶、航空等领域。
随着现代控制技术的迅猛发展，直流电机的控制器件性能越来越精密、复杂，因此，如何设计一套有效、实用的直流电机控制算法技术已经成为研究的热点之一。
本研究拟通过系统地研究直流电机的控制原理、控制方法与控制器件性能等关键技术，设计并实现一套实用型的直流电机控制算法，为进一步推动直流电机技术的发展与应用提供科学依据和技术支撑，起到积极推动的作用。
二、研究内容1. 系统综述直流电机的基本原理、操作特性及其应用领域；2. 深入探讨直流电机控制算法的理论与实践问题；3. 研究常见的直流电机控制算法(Armature Control, Field Control, Chopper Control, PWM Control等)的工作原理、特点和适用范围，比较不同算法的优缺点；4. 基于所选控制算法的特点，设计相应的电路结构和数据处理算法，将其应用到实际的直流电机控制中；5. 针对实际应用中出现的问题，分析原因，提出优化方案。
三、研究方法1.理论方法：通过学习、总结和分析学术文献和经典著作，理解直流电机控制的基本原理、方法和技术；2.实验方法：根据设计思路，建立实验平台，对所选的算法进行实践验证，不断优化算法设计；3. 数据处理方法：采用MATLAB,python等软件、工具进行数据处理、实验数据分析与算法实现。
四、研究计划与进度安排主要任务计划进度实际进度文献综述 1周已完成直流电机基本原理及操作特性综述 2周已完成直流电机控制算法综述与分析 2周已完成设计算法方案及实验平台搭建 3周已完成算法实践验证、结果分析和提出方案 7周进行中论文撰写和形成 3周留出时间安排五、预期研究成果1. 深入了解并掌握直流电机控制算法的基本理论和概念；2. 设计实用型的直流电机控制算法，并通过实验验证其稳定性、性能以及应用价值；3. 比较常用直流电机控制算法的优缺点，提出本文实现的直流电机控制算法的优化方案；4. 最终完成一篇具有高水平的学术论文，为直流电机控制算法研究提供一定的参考和借鉴意义。
跑步机的控制方式
关于直流电机在跑步机中的控制方案调研报告对于专业的跑步机，国内外跑步机用驱动电机仍以有刷直流电机为主，采用直流电动机不可逆PWM系统。
此前，青岛英派斯健身集团开发的一款DP220T健身房用跑步机就是采用了跑步机用有刷直流电动机为驱动电机，以集成PWM控制芯片SG3525A为核心，硬件电路实现的电压负反馈、电流补偿控制的PWM闭环控制系统。
尽管有着控制简单的优点，但直流有刷电动机由于存在电刷和换向器的机械换向结构，长期运行必然需要经常维护电刷和换向器，而且，由于损耗存在于转子上，使得散热困难、温升增加，限制了电机转矩重量比的进一步提高。
对于价格相对便宜的家庭用小型跑步机，主要是根据市场的实际需求，在保证技术指标的前提下，尽量考虑设计的经济性和实用性。
家庭用跑步机几乎都采用的是直流有刷调速系统。
例如，国内某型号的跑步机，采用低价位的8位单片机AT89C2051为核心单元构成了直流有刷电机调速系统，电机采用脉宽调制方式进行调速，通过软件编程改变控制算法，增加了控制的灵活性，具有较高的性价比。
使用交流伺服驱动系统取代直流有刷调速系统是目前研究的一个重要方向。
但是我们不用交流伺服电机驱动系统，故不做过多讨论。
目前无刷直流电动机调速系统在电动跑步机上的应用也是研究的一大热点。
一方面，无刷直流电动机具有有刷直流电动机运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等优点;另方而，由于其采用电子换向装置取代了有刷直流电动机的机械换向结构，从而又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点。
因此，采用无刷直流电动机调速系统较其它方案具有更高的性价比。
而对于电动跑步机系统，由于其要求较大的起动转矩，所以，采用带位置传感器的PWM调速系统是性能较好的方案。
对于其具体的实现方案主要有两种，一种是以无刷直流电机专用控制芯片为核心控制单元构成无刷电动机调速系统。
最具代表性的是MOTOROLA公司生产的第二代无刷电机控制专用芯片MC33035，它集成了译码、PWM生成、保护等无刷电机控制的诸多功能，组成的系统所需外围电路结构简单，运行可靠，可与同系列芯片MC33039配合构成速度闭环控制，具有较好的调速性能，其不足之处在于调速式单一，无法使用较为复杂的算法。
永磁直流无刷电机实用设计及应用技术
永磁直流无刷电机是一种高效、可靠且具有广泛应用的电机类型，其设计和应用技术涉及多个方面，包括结构设计、控制系统、功率电子器件等。
以下是关于永磁直流无刷电机实用设计及应用技术的一些重要内容：1. 结构设计：-定子结构设计：合理设计定子结构，包括定子槽形状、绕组布局等，以提高电机效率和性能。
-转子结构设计：优化转子磁路设计，选择合适的永磁材料和磁路形状，提高转子磁场密度和输出功率。
-轴承选型：选择适当的轴承类型和规格，保证电机运行平稳、低噪音。
2. 控制系统：-传感器选型：选择合适的位置传感器（如霍尔传感器）或传感器less 技术，实现电机位置检测和闭环控制。
-控制算法：设计高效的电机控制算法，如FOC（Field Oriented Control）或者DTC（Direct Torque Control），以实现精确控制和高效能耗。
- PWM技术：采用PWM技术控制功率电子开关器件，实现对电机相电流的精确控制，提高电机效率和响应速度。
3. 功率电子器件：- MOSFET或IGBT选择：根据电机功率大小和工作环境选择合适的功率MOSFET或IGBT器件，以确保电机的稳定性和可靠性。
-散热设计：合理设计散热系统，确保功率电子器件能够有效散热，避免过热损坏。
4. 应用技术：-电动汽车：永磁直流无刷电机在电动汽车中得到广泛应用，提供高效、节能的动力输出。
-家用电器：如空调、洗衣机等家用电器中也有广泛应用，提供高效、低噪音的驱动。
-工业领域：如风力发电机组、泵类设备等领域也有着重要的应用。
以上是关于永磁直流无刷电机实用设计及应用技术的简要介绍，这种电机技术在各个领域都有着重要的应用前景，不断推动着电机技术的发展和创新。
BLDC控制方案
BLDC控制方案一、BLDC控制方案概述BLDC（无刷直流电机）是一种广泛应用于各个领域的电机类型，其具有高效、低噪音和长寿命等优点，因此得到了广泛的关注和应用。
为了更好地控制BLDC电机，提高其性能和效率，需要采取合适的控制方案。
本文将介绍一种常用的BLDC控制方案，以及其原理和应用。
二、BLDC控制方案原理BLDC电机由若干个定子线圈和一个转子组成，通过电流分别通过不同的定子线圈，能够使转子旋转。
BLDC控制方案通过检测电机各个定子线圈的位置和转子的位置，将合适的电流输入到对应的定子线圈，从而实现BLDC电机的控制。
具体而言，BLDC控制方案需要以下几个基本组成部分：1. 传感器：用于检测电机各个定子线圈的位置和转子的位置。
常用的传感器包括霍尔效应传感器和编码器。
2. 控制器：接收传感器信号，通过算法计算出合适的电流，并驱动功率放大器为电机提供合适的电流。
控制器负责控制转子的位置和速度，并实现闭环控制。
3. 功率放大器：将控制器输出的小电流放大为足够大的电流，以供电机使用。
功率放大器通常采用MOSFET或IGBT等高功率开关元件。
4. 电源：为控制器和功率放大器提供电力供应，保证其正常工作。
三、BLDC控制方案应用BLDC控制方案广泛应用于各种需要高效控制电机的场景，下面以电动汽车为例进行具体阐述。
1. 电动汽车中的应用：BLDC控制方案在电动汽车的驱动系统中扮演着重要的角色。
通过准确控制电机的转子位置和速度，BLDC控制方案能够实现电动汽车的平稳启动、高效运行和精确控制。
同时，BLDC电机具有高效、低噪音和长寿命等特点，非常适合用于电动汽车的驱动系统。
2. 工业自动化中的应用：BLDC控制方案也被广泛应用于工业自动化领域。
例如，在机械设备中使用BLDC电机可以实现高速、高精度的定位和控制，提高生产效率和产品质量。
3. 家电领域中的应用：家电领域中的许多产品也采用了BLDC控制方案。
例如，以BLDC电机为驱动的风扇具有低噪音、高效节能的特点，被越来越多的消费者所接受。
（毕业论文）永磁无刷直流电机论文
小功率永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究摘要永磁无刷直流电动机是把电机、电子和稀土材料的高新技术产品发展紧密的结合在一起的新型电机，它具有单位体积转矩高、重量轻、转矩惯量小、控制简单、能耗少和调速性能好等优点，因而在航天航空、数控机床、机器人、汽车、计算机外围设备、军事等领域及家用电器等方面都获得了广泛的应用。
因此，设计性能优异的永磁无刷直流电机具有重要的理论意义和应用价值。
本论文系统的研究了35w小功率永磁无刷直流电机的本体设计，包括设计方法、有限元分析、性能计算、软件仿真等。
本文主要的研究内容如下：1、综述了永磁无刷直流电机的研究现状、存在问题和发展前景，分析了永磁无刷直流电机的基本理论。
2、建立永磁无刷直流电机的数学模型，先利用解析法对该电机进行电磁设计，然后利用有限元法对电机进行优化。
3、基于星形连接三相三状态的控制电路，利用Infolytic公司的MagNet电磁场分析软件建立了永磁无刷直流电机的有限元分析模型，仿真分析其静态气隙磁场分布及动态带负载时的电机特性。
并将软件仿真所得结果与设计计算结果进行比较分析，验证了设计方法的正确性。
关键词：电机设计，无刷直流电动机，有限元分析，稳态特性第一章绪论1．1永磁无刷直流电动机的发展状况永磁无刷直流电动机是一种新型的电动机，其应用广泛，相关技术仍然在不断的发展中，该类电动机的发展充分体现了现代电动机理论、电力电子技术和永磁材料的发展过程。
其中，永磁材料、大功率开关器件、高性能微处理器等的快速发展对永磁无刷直流电动机的进步功不可没。
1821年9月，法拉第建立的世界上第一台电机就是永磁电机，自此奠定了现代电机的基本理论基础。
十九世纪四十年代，人们研制成功了第一台直流电动机。
1873年，有刷直流电动机正式投入商业应用。
从此以后，有刷直流电动机就以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，占据了极其重要的地位。
随着生产的发展和应用领域的扩大，对直流电动机的要求也越来越高。
永磁直流无刷电机实用设计及应用技术
永磁直流无刷电机实用设计及应用技术永磁直流无刷电机是一种常见的电机类型，它具有高效率、高功率密度和高可靠性等优点，因此在各种应用中得到广泛使用。
以下是关于永磁直流无刷电机实用设计及应用技术的一些要点：1.电机参数设计：在实用设计中，需要确定电机的各项参数，如功率、电压、转速、扭矩和效率等。
这些参数应根据具体应用需求和设计限制进行选择和调整。
同时，要合理选择电机类型和规格，以满足应用要求。
2.磁体设计：永磁直流无刷电机的核心部分是磁体，它产生磁场以驱动电机运转。
磁体设计的目标是实现高磁能积、高磁矩和稳定性。
在设计过程中，需要考虑磁体的材料选择、形状设计和磁场分布等因素。
3.控制系统设计：永磁直流无刷电机的控制系统通常采用电子调速技术，以实现电机的精确控制和调速。
一般会采用传感器反馈以获取电机状态信息，并通过电机驱动器对电流和电压进行控制。
控制系统的设计要考虑到电机的负载特性、运行要求和实时调速性能。
4.效率和热管理：永磁直流无刷电机在运行中会产生热量，需要有效管理和散热。
为了保持高效率和稳定性，应设计合理的散热系统和温度控制措施，以防止电机过热和损坏。
5.应用特定需求：永磁直流无刷电机的应用广泛，可以应用于电动车辆、工业自动化、医疗设备、家用电器等领域。
在实际应用中，要充分考虑特定需求和环境条件，对电机进行相应的设计和优化。
总体而言，永磁直流无刷电机的实用设计和应用技术涉及多个方面，包括电机参数设计、磁体设计、控制系统设计、热管理和特定应用需求。
合理的设计和应用技术可以充分发挥永磁直流无刷电机的性能，提高效率和可靠性，满足不同领域的需求。
在设计和应用过程中，需要综合考虑各种因素，并与专业技术人员进行合作和沟通，确保电机的良好运行和性能表现。
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有刷直流电机原理应用及实用控制方案探讨时间：2008-11-14 来源：51chaoban 作者：Jenny 点击：476
有刷直流（BDC）电机的工作原理
图1示出的是BDC电机的基本构造。
图中画出的组件包括定子、转子、电刷和换向器。
定子和转子磁场相互作用驱动电机旋转。
有刷直流电机的类型根据电机定子或外壳中磁场的产生方式来划分。
根据有刷直流电机的类型，定子磁场可以由永磁铁或定子中的绕组产生。
对于后一种情况，定子绕组与转子绕组可以是并行、串行、或混合方式连接。
这三种有刷直流电机分别称为并激电动机、串激电动机和复激电动机。
定子产生静止磁场。
这一静止磁场围绕在电枢（或称转子）的周围。
外加电源激发出电枢磁场。
BDC电机轴上还有两个圆弧形的铜片，称为换向片。
电机转动时，碳质的电刷在换向器上滑动。
这样就可以产生一个与定子的静止磁场相吸引的旋转磁场。
电枢和定子绕组中的电流由电池或其它直流电源供给（永磁BDC电机没有定子绕组）。
电池（或直流电源）提供恒定的直流电压。
电压幅度决定了电机的转速，因此是电池或直流电源是一个线性激励源。
改变BDC电机速度的最有效方式是采用脉宽调制（PWM）技术。
PWM技术是以固定的频率开关恒压源。
改变PWM信号的脉冲宽度可以调节电机的速度。
脉冲高低电平间的比例称为PWM信号的占空比。
直流电池电平的幅度等于PWM信号的平均幅度。
应用实例：单片机/电机控制实例
单片机设计中带有内建的外设，因此只需要最少量的外部元器件就可以容易地实现BDC电机的速度和方向控制。
选用的单片机带有内建的外设，只需要最少量的外部元器件就可以容易地实现BDC电机的速度和方向控制。
这款单片机的两大特点对于BDC电机控制非常有用。
首先，片上内建有增强捕获/比较/PWM（ECCP）模块，当配置为全桥模式时，可以提供直接驱动H桥电路所需要的PWM信号。
H桥电路可以为电机提供双向电流驱动。
第二个非常适合电机控制器的特点是可以产生频率高达31.2 kHz的8位PWM信号。
对于电机控制应用来说，这一点很重要，因为低于20 kHz的频率会导致电机产生人听觉范围内的噪声。
不需要增加任何外部时钟源，可以提供高于听觉频率的8位分辨率。
为了获得高出听觉频率范围的频率，此前的单片机需要在运行时降低PWM的分辨率。
与其它具备ECCP的单片机相比，它体积小且成本效率高。
利用片上
ECCP模块做为PWM硬件发生器，而不是采用过去的软件解决方案，宝贵的单片机处理器资源可以用于完成其它任务。
此类应用中使用的片上外设除ECCP模块外，还有一个内部10位模数转换器（ADC）。
ECCP 有捕获模式（可捕获定时器寄存器的16位值）、几个比较器和4个PWM。
在无传感器的BDC电机控制应用中，4个PWM通道是一个重要优势。
如图2所示，配合外部桥和4个FET驱动器件，单片机的PWM模块可以容易地实现双向电机控制。
图2中的低成本BDC电机控制系统在全桥PWM模式下使用ECCP。
用户可容易地配置PWM 占空比，并实时改变单片机内部振荡器。
此外，利用单片机片上的一个10位ADC来测量反向电动势（EMF），PIC16F684可以容易地跟踪电机的转速（RPM）。
本应用中的硬件有三个主要部分。
一个电源级、一个通信模块（RS-232）和一个RPM及电流测量级。
电源级包括提供BDC电机双向控制的全H桥。
PIC16F684通过RC2、RC3、RC4和RC5引脚连接到H桥。
从RA5引脚通过一个RS-232端口可以将有关PWM占空比、单片机振荡器速率、电机RPM和电流值等指令和信息发送给计算机。
虽然实际生产出来的设备很可能并没有这样一个通信接口，但在开发阶段这样一个通信接口非常有用。
在实际产品中，RA5可以被赋予不同的用途，如点亮状态指示LED或者读取电位计输入。
通过测量电机的反向EMF电压，不需额外传感器即可以获得电机转速（RPM）。
电机转速与反向EMF电压直接成正比。
BDC电机是一种感性负载。
电机上感生的电压等于电机电感乘以dI/dt 。
将对应FET关断（OFF）即可以测量反向EMF电压。
这会产生一个反方向流过电机的电流。
PIC16F684中的ADC模块可以测量出EMF电压。
通过测量MOSFETs、QB 和QD, 以及地之间电流检测电阻上的高端电压可以获得电流值。
选择适当的电阻值时需要考虑最大电流和功耗。
PWM信号驱动BDC电机。
H桥电路仅在PWM 信号处于高电平时才吸收电流。
采用一个采样和平均算法在多个PWM周期测量结果的基础上算出电流值和电机转速。