AT89C51单片机的无刷直流电机控制设计(2)

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1.1 无刷直流电机及其控制技术的发展

1831年，法拉第发现电磁感应，奠定了电机的现代理论的基本基础，从19世纪40年代研制出第一台电机，经过约17年，直流电动机的技术逐渐成熟，随着应用领域的需求扩张，对直流电机的要求也会越来越高，有接触的机械换向装置限制了有刷直流电机在许多场合中的应用。经过人们的长期探索，在1915年，美国人Langnall发明了汞弧整流器，制成了由直流变交流的逆变装置。1930年有人提出用离子装置来改善电机的定子绕组按转子位置换接的所谓换向器电机，但这种电动机由于可靠性差，效率低，整个设备繁琐复杂没有实用价值。

科学技术的迅猛发展使得电力半导体技术取得飞跃。开关型晶体管的研制成功创造一个新型直流电机 ——无刷直流电机。1955年，美国人哈里森率先提出来取代晶体管的换向电动机电刷接触的思路，它是一个无刷直流电动机的原型。它的组成包括功率放大部分，信号检测部分，磁极体和晶体管开关电路。它的工作原理是当转子旋转时，感应出周期信号电动势，该信号电动势的其他部分交替地导通晶体管实现换向。问题在于，首先，当转子不转动，信号绕组内不能产生感应电动势，晶体管无偏移，率绕组不能馈电，以使无刷直流电动机无启动转矩;第二，信号电动势前沿陡度不够大，晶体管功耗大。为了克服这些缺点，人们使用了离心装置的换向器，或者使用在定子上放置辅助磁钢的方式来保证电机稳定地起动。但是，前者的结构是复杂的，它需要一个附加的启动脉冲，接着，经过反复试验和不断的实践，人们终于找到了使用位置传感器来代替机械刷直流电机换向装置和电子换向电路，从而为发展一个直流电机开辟了新的途径。60年代初，接近开关位置传感器，位置传感器和电磁高频陆续共振耦合位置传感器的陆续出现了，后来又有耦合磁性和光学位置传感器。半导体技术的飞速发展，使人们对在1879年发现霍尔效应再次产生兴趣。经过多年的努力，终于在1962年试制成功用霍尔元件（霍尔效应转子位置传感器）来实现换相的无刷直流电机。 ⒛世纪70年代初，又是一个成功的试验，借助比霍尔元件的灵敏度高千倍左右的磁敏二极管改善换相的无刷直流电机。在位置传感器，人们试图寻找一种结构，无需额外位置传感器的同一类型无刷直流电动机，在1968年，德国人W• Mieslinger建议采用电容换相转的新方法。在此基础上，德国ř • Hanitsch试制成功通过数字式环形分配器和过零鉴别器的组合的手段，实现了无位置传感器无刷直流电机换向。源^自·优尔{文\论[文'网]www.youerw.com

永磁无刷电机是永磁无刷直流电机，永磁无刷交流同步电机，永磁无刷直线电机和永磁无刷力矩电机的结合。永磁无刷电机具有很多优点，它是开发微特电机电流的主流。

1.2本文研究的意义及主要内容

无刷直流电机包含特种电机、变速结构、检测元件、控制软件和硬件于一体，组成新一代伺服系统，代表了时下应用科学的许多最新结晶，是机电一体化的先进技术产品。无刷直流电机包含交流电机和直流电机优点于一体，它不但拥有交流电机组成简单、运行稳定、维护简单等众多优点，而且还有直流电机运行效率高、调速性能稳定的特点，并且无励磁损耗。无刷直流电动机在电磁结构上和有刷直流电动机基本相同，不过它的电枢绕组安置在定子上，转子是永久磁钢，电枢绕组通常采用多相形式，经逆变器通到直流电源，定子使用电子换向取代有刷电机的电刷以及机械换向器，各相绕组依次通电，在气隙中产生跳跃式的旋转磁场，和转子磁极主磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机连续运转无刷直流电机和其它电机相比具有高可靠性、高效率和优良的调速性能等诸多优越性，而且伴随新型稀土永磁材料功能的提高与价格的下降，带来永磁无刷直流电机成本的下降，这种有事将更加鲜明。目前在工业发达的国家里，工业自动化领域中的有刷直流电动机已经慢慢被无刷直流。现在从外国进口的设各中，已经鲜有以有刷直流电动机充当执行电动机的系统，一些国家类似美国、英国、日本、德国的相关公司经不再批量生产伺服驱动用的有刷直流电动机。