4.8 电压逆变器模块 26

4.9 仿真结果与分析 27

致谢 31

参考文献 32

1  绪论

1.1  无刷直流电动机的特点

直流电动机的主要优点在于其调速性能和启动特性比较好，堵转转矩较大，因而被广泛应用于各种驱动装置和伺服系统中。但是，直流电动机都有电刷和换向器，两者之间形成的滑动机械接触严重地影响了电机的精度、性能以及可靠性，所产生的火花会引起无线电干扰，缩短电机的使用寿命。从另一个方面来讲，换向器电刷装置又使直流电机的结构变得复杂，而且会产生噪音，使电机的维护变得更加困难。因此我们一直在寻找一种可以不用电刷和换向器装置的直流电动机。随着电力电子技术的发展，各种大功率电子器件的广泛采用，这种愿望已经逐步被实现。

1917年，博利根（Boliger）提出了用整流管换相电路代替有刷直流电动机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电动机（Brushless DC Motor - BLDCM）的基本思想。但由于受到当时大功率器件的限制，该思想只停留在实验研究阶段，无法进行推广使用。直到1955年，美国人哈里森等申请了用晶体管换相电路代替有刷有刷直流电动机的机械换向器换相的专利，此专利的申请标志着现代无刷直流电动机的正式诞生[1]。

与有刷直流电动机相比较，无刷直流电动机由于没有采用滑动接触机构，从而消除了故障的主要根源。转子上没有绕组，也就不会产生电损耗，又因为主磁场是恒定的，因此铁损也会变得很小。总体来说，除了轴承旋转产生的磨损以外，转子的损耗很小，从而增加了电机工作的稳定性和可靠性。

无刷直流电动机利用电子开关线路和位置传感器来代替电刷和换向器，使这种电机既具有直流电动机的特性，又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等优点；它的转速不再受机械换向的限制，如果采用高速轴承的话，还可以在高达每分钟几十万转的转速中运行。因此，无刷直流电动机的用途非常之广泛，可以应用于一般直流电动机、伺服电动机和力矩电动机，尤其适用于高级电子设备、机器人、航空航天技术、数控装置、医疗化工等高新技术领域。无刷直流电动机将电子线路与电机融为一体，把先进的电子技术应用于电机领域，这将促使电机技术更新、更快的发展。

与传统直流有刷电动机相比较，无刷直流电动机没有碳刷与换向器，所以没有维修与保养的需要；由于采用永磁转子，没有激磁损耗的问题，综合效率较同功率有刷直流电动机高出10~20%左右，低速转矩更大，激磁转矩可达额定3倍，转速精度可达1/3000，不受电压与负载变动的影响。电机可以做成密闭型或防尘防爆型等结构。

与异步电动机相比较，无刷直流电动机以自控式运行,所以不会像变频调速下重载启动的异步电动机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。中小容量的无刷直流电动机的永磁体，现在多采用高磁能积的稀土材料钕铁硼（Nd-Fe-B），因此，稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。近年来，由于永磁材料、电力电子器件和控制技术等的发展，使得稀土水磁电动机的成本进一步下降，而性能不断提高[2]。

在一般的工业应用领域，不论是电机设计还是其他系统的设计，提高系统的工作效率、节约能源能量都应该被放在很重要的位置。从上面的分析中可以看到，无刷直流电动机的损耗是很小的。表1.1列出了工业上常用的几种电机。