电机设计国内外差距
无刷直流电机国内外研究现状简述
无刷直流电机国内外研究现状简述一、国内外研究现状简述：有刷直流电动机自出现以来，以其优良的转矩控制特性，最早应用于工农业生产领域，在运动控制领域中占据主导地位。
但是，机械换向问题一直是电流电机的一个弱点，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机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。
1955年美国的D.Harrison首次申请用晶体管的换相线路代替有刷直流电机的机械电刷的专利，标志现代无刷直流电机的诞生。
而后又经过人们多年的努力，使科学技术飞速的发展，带来了半导体技术的飞跃，开关型晶体管的研制成功为创造新型的无刷直流电动机带来生机。
现今，无刷直流电机集电机、变速机构、检测元件、控制软件和硬件于一体，形成新一代的电动调速系统，这些使得电机的驱动电路体积更小且设计简化。
无刷直流电机的优越调速性能（主要表现在：调速方便，调速范围宽，低速性能好，运行平稳，噪音低，效率高）将使无刷直流电机的应用更加普及。
由于无刷直流电机的应用前景广阔，各国都加快对无刷直流电机新产品开发的速度和占领市场的力度，尤其美国和日本及西方国家具有较先进的无刷直流电机制造和控制技术。
因此在2004年的国际电机会议上提出了有刷电机将被无刷电机取代这一发展趋势。
在我国，无刷直流电机的发展时间较短，但随着技术的日益成熟与完善也得到了快速的发展。
我国直流无刷电机的研制工作始于二十世纪70年代初期，主要集中在一些科研院所和高等院校。
但限于我国元器件制造工艺能力水平较低，与国际相比差距较大，所以目前我国在无刷直流电机领域仍不是技术强国。
我国的无刷直流电机已在航空航天、电动车、家用电器等多个领域得到广泛应用，并在深圳、长沙、上海等地形成初具规模产业链。
并且，我国目前是世界最大的永磁体（生产无刷电机的主要原材料）生产供应基地，中国还将会成为全球最大的无刷电机生产国。
并在技术上不断推进行业发展。
但是，中国在无刷直流电机产业的发展过程中出现了不少的问题，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；产业能耗大、环境污染严重；企业总体规模小、技术创新能力薄弱等。
中国电机能效与欧洲电机能效标准对比
我国电机能效与欧洲电机能效标准对比1. 引言我国电机能效与欧洲电机能效标准对比，是一个引人注目的话题。
随着全球对环境保护和可持续发展的日益关注，各国对于能效标准的制定和实施都在不断的加强和完善。
我国和欧洲作为世界上两大经济体之一，其电机能效标准的对比分析，将会使我们更加深入地了解两国在能源利用和环保方面的差异和共同点。
2. 我国电机能效现状目前，我国的电机能效标准主要遵循国家标准GB18613-2012《三相异步电动机能效限定值及能效等级》，按照此标准，将电机的能效等级分为IE1、IE2、IE3三个等级，其中IE3级别为高效电机。
然而，实际情况是，大部分我国企业还在使用低效率的IE1和IE2级别的电机，导致电能的浪费和资源的浪费现象严重。
3. 欧洲电机能效现状相比之下，欧洲在电机能效标准上的要求更加严格。
欧盟颁布了EC 640/2010执行法规，实施IEC标准60034-30电动机的能效标准，将电机的能效等级分为IE1、IE2、IE3和IE4四个等级，其中IE4级别为超高效电机。
并且欧洲国家逐渐淘汰了低效能级的电机，鼓励企业使用高效电机，以减少能源消耗和环境污染。
4. 对比分析对比我国和欧洲的电机能效标准，我们可以看出两者在标准要求、执行力度和实际应用上存在一定差异。
在标准要求上，欧洲的能效标准更加严格，将电机能效等级划分更为细致，并鼓励使用超高效级别的电机，而我国目前仍在使用相对低效率的IE2级别电机。
在执行力度上，欧洲国家逐步淘汰低效电机，鼓励企业使用高效电机，而我国在实施过程中还存在一些困难和障碍，导致高效电机的推广和使用不够普及。
5. 个人观点在我看来，我国和欧洲在电机能效标准上的差异反映了两国在能源利用和环境保护方面的不同重视程度。
我国作为一个发展我国家，能源资源消耗大，环境污染严重，应该更加重视提高电机能效，减少能源消耗和环境污染。
我认为我国应该加快推进电机能效标准的修订和实施，鼓励企业使用高效电机，以实现绿色低碳发展的目标。
北美及中国电机试验方法标准的区别
三、对试验测量用仪器仪表的要求 3.5 转速测量仪表
标准编号 内容
准确度应在0.1%以内或误差在1r/min以 GB/T1032 内，取二者误差最小者
1 THD U1
U
n2
2 n
100 %
式中 E——电压谐波的总有效值，单位为V； E1——电压基波分量的有效值，单位为V； En——电压谐波的有效值，单位为V。
电压波形质量计算
GB/T1032
谐波电压因数HVF
2 Un HVF n2 n k
式中 Un——谐波电压的标幺值（以额定电压UN为基值）； n——谐波次数（对三相交流电动机，不包括3和3的倍数）； k——可取的最高谐波次数，一般为13。 另一种形式
标准编号
GB/T1032
内容
准确度等级应不低于0.5级。用低不确定度试验方法 (A或B)测定电机效率时，应不低于0.2级
IEEE112 NEMA MG1
对于一般试验，指示仪表的误差范围不可超过满量程 的±0.5%，而当试验结果用于效率试验方法B时，误差不 可超过满量程的±0.2%
效率试验时，必须限制其误差不超过满量程 CSA C390 的±0.2%
三、对试验测量用仪器仪表的要求
3.4 输出机械功率
标准编号 GB/T1032 IEEE112 NEMA MG1 CSA390 内容
标称转矩应不超过被试电机额定转矩的2倍测量 效率时转矩传感器及测量仪的准确度等级应不低于 0.2级；用于其他试验时应不低于0.5级 误差不可超过满量程的±0.2%
三相异步电动机发展现状外国文献
一、概述三相异步电动机作为一种常见的工业电机，在许多领域得到了广泛的应用，其发展趋势和技术创新对于我国的工业生产和技术进步具有重要意义。
对于三相异步电动机的发展现状以及在外国文献中的相关研究和探讨具有重要的参考价值。
二、三相异步电动机的发展现状1. 三相异步电动机的基本原理三相异步电动机是一种利用三相交流电源进行工作的电动机，其中三相异步电动机的基本结构包括定子和转子两部分。
当电流通过定子绕组时，会在转子中产生感应电流，从而使得转子受到转矩的作用而旋转，实现能量的转化。
目前，三相异步电动机在工业领域得到了广泛的应用，包括风力发电、水泵、矿山机械等各种领域。
2. 国外三相异步电动机研究现状在国外，对于三相异步电动机的研究已经取得了一系列的进展和成果。
在电机的设计和优化方面，研究人员通过改进电机的结构和材料，提高了电机的效率和性能；在控制技术方面，采用了先进的变频调速技术和磁控技术，实现了对电机的精确控制和能耗管理；在应用领域方面，三相异步电动机已经被广泛应用于新能源领域和工业自动化生产中。
3. 国内三相异步电动机的发展趋势在国内，三相异步电动机的发展也取得了一定的成就，但与国外相比仍存在一定的差距。
目前，国内对于三相异步电动机的研究主要集中在电机的结构和设计、控制技术的改进以及应用领域的拓展上。
具体来说，国内正在加大对于电机效率的提升和能源利用的优化设计，同时在控制技术和智能化方面也有了一定的研究和实践。
未来，国内三相异步电动机的发展趋势将主要体现在新能源、汽车动力和工业智能制造等领域。
三、国外文献中关于三相异步电动机的研究和探讨1. 三相异步电动机的设计优化研究在国外的文献中，对于三相异步电动机的设计和优化研究已经取得了一定的进展。
研究人员通过对电机的结构、材料和制造工艺进行改进，提高了电机的效率和性能。
采用了高性能的磁性材料和轴承，减小了电机的功率损耗和机械损耗，从而提高了电机的转速和效率。
研究人员也通过仿真和试验等手段，对电机的工作特性进行了分析和优化，使得电机在不同工况下都能够具有较好的性能表现。
无刷直流电机控制系统的设计——毕业设计
无刷直流电机控制系统的设计——毕业设计学号：1008421057本科毕业论文（设计）(2014届)直流无刷电机控制系统的设计院系电子信息工程学院专业电子信息工程姓名胡杰指导教师陆俊峰陈兵兵高工助教2014年4月摘要无刷直流电机的基础是有刷直流电机，无刷直流电机是在其基础上发展起来的。
现在无刷直流电机在各种传动应用中虽然还不是主导地位，但是无刷直流电机已经受到了很大的关注。
自上世纪以来，人们的生活水平在不断地提高，人们在办公、工业、生产、电器等领域设备中越来越趋于小型化、智能化、高效率化，而作为所有领域的执行设备电机也在不断地发展，人们对电机的要求也在不断地改变。
现阶段的电机的要求是高效率、高速度、高精度等，由此无刷直流电机的应用也在随着人们的要求的转变而不断地迅速的增长。
本系统的设计主要是通过一个控制系统来驱动无刷直流电机，主要以DSPIC30F2010芯片作为主控芯片，通过控制电路采集电机反馈的霍尔信号和比较电平然后通过编程的方式来控制直流无刷电机的速度和启动停止。
关键词：控制系统；DSPIC30F2010芯片；无刷直流电机AbstractBrushless dc motor is the basis of brushless dc motor, brushless dc motor is developed on the basis of its. Now in all kinds of brushless dc motor drive applications while it is not the dominant position, but the brushless dc motor has been a great deal of attention.Since the last century, constantly improve the people's standard of living, people in the office, industrial, manufacturing, electrical appliances and other fields increasingly tend to be miniaturization, intelligence, high efficiency, and as all equipment in the field of motor is in constant development, people on the requirements of the motor is in constant change. At this stage of the requirements of the motor is high efficiency, high speed, high precision and so on, so is the application of brushless dc motor as the change of people's requirements and continuously rapid growth.The design of this system mainly through a control system to drive the brushless dc motor, mainly dspic30f2010 chips as the main control chip, through collecting motor feedback control circuit of hall signal and compare and then programmatically to control the speed of brushless motor and started to stop.Keywords: Control system; dspic30f2010 chip; brushless DC motor目录摘要 (I)Abstract (III)目录 (IV)1 引言 01.1 研究背景及意义 01.2 国内外研究现状 (1)1.3 设计任务与要求 (1)2 基本理论 (1)2.1 无刷直流电机的结构以及基本原理 (1)2.2 无刷直流电机的运行特性 (4)2.3 无刷直流电机的应用 (5)3 直流无刷直流电机控制系统的设计 (6)3.1 无刷直流电动机系统的组成部分 (6)3.2 无刷直流电机控制系统的设计 (8)4 直流无刷电机的电路设计 (9)4.1 开关电路的设计 (9)4.2 保护电路的设计 (9)4.3 驱动电路的设计 (10)4.4 反馈电路的设计 (10)4.5 电源电路的设计 (11)5 直流无刷电机控制系统的软件设计 (11)5.1 系统功能的实现 (12)5.2 软件流程图 (12)6 实物成果及展望 (13)致谢 (16)参考文献 (16)附录 (19)1 引言近年来随着微电子技术自动控制技术和新型永磁材料的发展，无刷直流电机的应用越来越广泛。
国外电机发展现状
国外电机发展现状随着科技的不断进步和全球化的发展，国外电机行业也在不断发展壮大。
本文将从几个方面介绍国外电机发展的现状。
国外电机行业在技术创新方面取得了显著的进展。
各国电机制造商不断投入研发，推出了一系列高效、节能的电机产品。
例如，一些国外企业研发出了采用新型材料和设计的高效电机，其效率比传统电机提高了20%以上。
此外，一些国外企业还开发出了智能电机，通过传感器和控制系统实现自动调节和优化运行，提高了电机的性能和可靠性。
国外电机行业在应用领域的拓展也非常广泛。
电机作为工业生产的核心设备，在制造业、交通运输、能源等领域都有广泛的应用。
例如，在制造业中，电机被广泛应用于机床、机械手臂等设备中，提高了生产效率和产品质量。
在交通运输领域，电机被应用于电动汽车、高铁等交通工具中，推动了交通行业的绿色发展。
在能源领域，电机被应用于风力发电、太阳能发电等新能源设备中，促进了可再生能源的利用。
国外电机行业在环保方面也做出了积极的贡献。
随着全球对环境保护的重视，国外电机制造商纷纷推出了低噪音、低振动、低排放的电机产品。
这些电机不仅减少了对环境的污染，也提高了工作环境的舒适性。
同时，一些国外企业还致力于研发可回收利用的电机材料，降低了资源的消耗和废弃物的产生。
国外电机行业在市场竞争方面也表现出强大的实力。
各国电机制造商通过不断提高产品质量和技术水平，赢得了国际市场的认可和信赖。
一些国外企业还积极参与国际合作，加强技术交流和合作研发，提升了整个行业的竞争力。
同时，国外电机制造商还注重品牌建设和市场营销，通过品牌影响力和市场份额的提升，进一步巩固了自身在国际市场的地位。
国外电机行业在技术创新、应用领域、环保和市场竞争等方面都取得了显著的进展。
随着全球经济的不断发展和科技的不断进步，相信国外电机行业将继续保持良好的发展势头，为全球经济的可持续发展做出更大的贡献。
电机行业国内外研究现状及发展趋势
电机行业国内外研究现状及发展趋势1、现状国外公司注重新产品开发，在电机的安全、噪声、电磁兼容等方面很重视。
国外的先进水平主要体现在电机的可靠性高，寿命长，通用化程度高，电机效率不断提高，噪声低，重量轻,电机外形美观，绝缘等级采用F级和H级，而且也考虑电机制造成本的降低等国内虽有部分产品已达90年代初的国际水平，但相当部分的产品可靠性差，重量重，体积大和噪声大，综合水平只相当于80年代初期国际水平,其主要原因是制造工艺落后,关键材料的质量和品种不能满足要求,科研和设计工作没有跟上，科研投入少，新产品开发资金匮乏，企业技术创新能力较弱.2、电机行业发展趋势新型、特种电机仍将是与新原理；新结构；新材料；新工艺；新方法联系最密切；发展最活跃;也最富想象力的学科分支，并将进一步深入渗透到人类生产和生活的所有领域之中.随着人类生活品质的不断提升,绿色电机的概念已经提出并被人们所接受。
虽然这个概念目前还是抽象的,但从环保角度看，低震动；低噪声；无电磁干扰；有再生利用能力以及高效率；高可靠性是一些最起码的要求，这对电机的设计制造和运行控制，尤其是原理；结构；材料；工艺等，无疑是一种新的挑战。
此外，随着工业自动化的不断发展，智能化电机或智能化电力传动的概念也被越来越多的人们所认可。
这种智能化包含两个方面的内容：其一是系统所具有的控制能力和学习能力,另一方面就是电机的容错运行能力，既要求研制所谓容错型电机.容错型电机的定义还不太确切，其基本要求就是以安全为前提，允许电机在故障和误操作情况下的容错运行，直至故障消除或系统自动控制恢复。
这对于传统的电机运行观念，无疑也是一个严峻的挑战。
需要特别强调的是,近代科学技术，特别是计算机技术对电机学科的影响是巨大的，意义是深远的。
电机的传统内涵已经发生着极大的变化,研究内容拓宽了,研究方法改进了,研究手段也丰富了。
新的观念在形成，新的交叉学科在产生,老学科确实重新焕发了出了生机和魅力.近年来，围绕带电机以及其系统的各类控制设备和计算机应用软件的研制方兴未艾，并已构成电机学科新的发展方向。
电机控制系统国内外研究现状
电机控制系统国内外研究现状
电机控制系统的发展，一方面要满足特殊应用的需求，一方面提高性能并减少成本。
随着现在计算机技术的飞速发展以及高性能仿真工具的陆续出现，电机控制迎来很好的发展契机。
在电机控制理论方面，70年代提出的异步电动机矢量控制方法至今发展很快，已经较为成熟，它采取坐标变换的方法，处理能力强，运算速度快，但是它也具有结构复杂和非线性等问题。
在1985年，德国的Depenbrock教授提出异步电机直接转矩控制法，不需要坐标变换，理论上很好用，但是也存在问题，如转速波动。
后来模型参考自适应控制、采用微分几何理论的非线性控制理论等等也被引入。
在仿真工具方面，随着微电子和计算机技术的发展，计算机为系统的仿真提供的软件也越来越多，比如MATLAB，MATLAB在电机的控制系统中用得比较多，它功能强大，工具丰富，很多控制系统方面的新想法都可以通过它来验证和修改。
另外，论文网在电机的控制系统方面，LabVIEW软件也被使用的比较多，它是由NI公司在20世纪八十年代推出的一款图形化编程软件，和传统语言比起来功能更强大，使用更加简单，可以很好地用于电机的测控系统。
当然其它也还有很多仿真软件可用于电机控制系统，国内对这种仿真软件的使用程度和使用技术方面还不及国外，还需加大开发力度，让他们能
更好的适用电机控制系统的开发。
30137 :。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
echnical Communicate
T
技术交
流
风能产业 Wind Energy Industry 2012年2月
54近年我国的风力发电机行业发展迅猛，但是与欧美仍然存在着很大的差距，主要体现在设计手段、工艺工装、质检手段以及管理理念上。
目前国内的设计手段的虚拟装配工作已经基本实现，但虚拟分析以及虚拟试验与国外差距较大，在此以虚拟分析与虚拟试验为例进行说明。
电机的虚拟设计与虚拟试验主要包括电磁、结构以及流体三个方面。
1. 电磁设计
早期的电机电磁方案设计是通过等效磁路的算法对电机进行电磁方案设计，并且总结出了较为完善的计算方法，但是这种算法是在磁路没有饱和的前提下进行的，如果磁路过于饱和，设计出的电磁方案误差比较大，并且这些算法主要是针对经典
的电机，比如异步电机、同步电机等，而对于永磁电机等新型电机的磁路法计算方法不很成熟，用磁路法的设计方案与实际样机差别比较大；由于磁路算法采用的是平均值，所以有些部位平均值在允许范围之内，但是无法确定局部值有没有超出饱和极限值，由此造成的误差同样影响着电机性能。
随着计算机技术的发展，基于有限元算法的电机设计软件已经在电机设计中得到广泛推广。
有限元软件能够得到电机气隙磁密波形，感应电压波形等参数，并且能够与控制软件进行联合设计，得到更准确的电机参数，并且可以直观地反映电机内部磁密的饱和情况，如图1所示。
目前国外知名的电机企业，主要通过有限元软件设计电机，而国内的电机企业主要依靠磁路法进行设计，对于有限元软件在电机设计中的应用不够重视，设计手段、设计观念较为落后。
在现行磁路法设计的基础上，结合先进的有限元设计软件工具，将成为今后电机行业的主要设计手段之一，是电机设计理念的发展方向。
2. 结构设计
随着电机设计向更大功率的发展，电机结构零部件的强度、刚度、模态、疲劳等特性，显得越来越重要。
传统的产品设计流程往往都是先由客户提出产品相关的规格及要求，然后由设计人员进行概念设计，接着由工业设计人员对产品进行外观设计及功能规划，最后再由工程人员对产品进行详细设计，设计方案确定后，便进行开模等投产前的工作。
这种模式导致各项产品测试皆在设计流程后期
进行，因此，一旦发生问题，除了必须付出设计成
电机设计国内外差距
图1：有限元软件在电机电磁分析中的应用
2012年2月 Wind Energy Industry 风能产业
55
本，相关前置作业也需改动，而且发现问题越晚，重新设计所付出的成本将会越高，为了避免此情形的发生，预期评估产品的特质便成为设计人员的重要课题。
计算力学、计算数学、工程管理学的运用，特别是信息技术的飞速发展极大地推动了相关产业和学科研究的进步，CAE 作为一种新兴的数值模拟分析技术，越来越受到工程技术人员的重视。
在产品开发过程中引入CAE 技术后，在产品尚未批量生产之前，不仅能协助工程人员进行产品设计，更可以在争取订单时，作为一种强有力的工具协助营销人员及管理阶层与客户沟通，在批量生产阶段，可以协助工程技术人员在重新更改时，找出问题发生的起点，在批量生产以后，相关分析结果还可以成为下次设计的重要依据。
通过CAE 结构设计，可以在前期模拟电机结构零部件的多种特性，如机座的刚度、刚度分析、机座模态分析、转子弯曲强度、刚度校核、转子扭转强度和刚度分析、转子模态及临界转速分析等，通过这些特性的模拟结果，可以从微观上评定电机机座结构设计是否合理，有效的评定电机的噪声以及振动水平。
如图2所示。
3. 通风散热设计
在电机的各项技术指标中，电机稳态温升是关系到电机使用寿命和运行可靠性的重要因素。
在新
产品试制或老产品改型设计中，妥善处理电机稳态温升和其他各项指标的关系，常常是整个开发工作成败的关键。
以往估算电机温升的方法有二热源热路法和等效网络法，前者虽然能够求解绕组的平均温度，但电机内部的温度分布和各部分散热情况的差异无法反应，对于热负荷较高、铁心较长的电机，其误差就有可能很大；后者虽然能够反映出电机内部局部温升，但是对于结构尺寸较大、结构复杂的电机来说，将电机离散成多个温度单元所需要的单元数太多，其计算需要耗费大量的时间和精力，而且不能准确反映出电机的最高温度点分布。
随着电机设计容量的增加，二热源热路法和等效网络法的弊端越来越突出，寻求新的温升计算方法刻不容缓。
借助计算机强大的运算能力，CFD 模拟仿真技术成为分析电机内部流场和温度场的重要手段。
其基本思路是将计算区域划分为一系列离散单元，在每一个单元上对控制方程进行离散及差分运算，通过控制域内的迭代求解，可以得到流场内各个单元上的物理参量（如速度、压力、温度等）的分布。
CFD 仿真技术可以模拟电机的真实流体结构，准确描述流动与传热等物理问题，将损耗计算与流场和温度场计算紧密联系起来，并能够将计算结果用直观的方法表达出来，如图3所示。
由以上分析可以看出，有限元分析可以起到虚拟分析及部分虚拟试验的效果，能够在设计初级阶段发现设计过程中出现的各种问题以及预测电机性
能，以提高设计效率，提高电机设计水平。
图2：结构分析
图3：流体分析。