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新直流电动机（New DCM）的无位置传感器控制研究

作　者: 袁天一
导　师: 陈敏祥
学　校: 浙江大学
专　业: 电气工程
关键词: 新直流电动机 New DCM 电子换向无位置传感器控制换向单元电压过零检测法
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 42次
引　用: 1次
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内容摘要

有刷直流电机具有优良的性能,但是机械换向使其结构复杂、维护麻烦和使用环境受限,在向高转速、高电压和大容量方向发展时也受到限制。无刷直流电机以电子换相替代机械换向,不仅具有类似有刷直流电机的调速性能,还具有体积小、功率密度大等优点,应用十分广泛；无位置传感器控制技术的研究和发展更拓宽了其应用领域。但是无刷直流电机本质上是交流永磁同步电机,同样存在着交流电机的弱点,即绕组电感限制了极限功率、使电流检测和控制复杂化。我国著名电机专家王宗培教授提出了具有直流电枢绕组电路的新直流电动机(New DCM)的思想。自2009年以来,我们对New DCM的本体和驱动控制策略进行了大量的理论和实验研究,结果表明New DCM比无刷直流电机具有更优的运行性能。New DCM用HALL元件检测转子的位置,由于换向单元(电枢元件)数较多,因此所需的HALL元件数也较多,使得电机尺寸增大、引出线增多、本体设计复杂化和运行可靠性降低,这不利于New DCM的推广应用。因此,本文以New DCM的无位置传感器控制为研究内容,具有重要的理论和实际意义。本文的工作主要体现在以下几个方面：首先,本文详细介绍了New DCM的结构和工作原理,建立了数学模型,并分析了电机的运行性能。其次,通过理论推导、仿真分析和实验验证等手段,深入研究了New DCM的换向单元电压过零点和它的反电势过零点之间的位置关系,首次提出了通过换向单元电压过零检测法确定转子位置的思想。最后,设计了换向单元电压检测硬件电路和过零信号提取软件算法,搭建了基于MC56F8037 DSP的New DCM无位置传感器控制系统,实现了New DCM的无位置传感器控制,实验结果验证了换向单元电压过零检测法的可行性。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-21
  1.1 有刷直流电动机的工作原理、运行特点和优缺点  10-11
  1.2 永磁无刷直流电动机  11-15
    1.2.1 永磁无刷直流电动机的工作原理和数学模型  12-13
    1.2.2 无刷直流电动机的发展历史和研究方向  13-15
  1.3 无刷直流电动机的无位置传感器控制  15-18
    1.3.1 问题的提出  15
    1.3.2 无刷直流电动机常用的无位置传感器控制方法  15-18
  1.4 新直流电动机提出的背景及其研究现状  18-19
    1.4.1 提出新直流电动机的背景  18-19
    1.4.2 新直流电动机的研究现状  19
  1.5 本课题的意义和主要研究内容  19-21
第二章新直流电动机(New DCM)  21-36
  2.1 新直流电动机的结构  21-25
    2.1.1 定子电枢绕组结构  22-23
    2.1.2 HALL位置传感器  23-24
    2.1.3 电子换向器电路  24-25
  2.2 新直流电动机的工作原理(有位置传感器)  25-27
  2.3 新直流电动机的数学模型  27-30
    2.3.1 电压平衡方程式  28-29
    2.3.2 转矩方程、运动方程和功率表达式  29-30
  2.4 新直流电动机的性能分析  30-35
    2.4.1 新直流电动机的电流分析  31-34
    2.4.2 新直流电动机机械特性分析  34-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章换向单元电压过零检测法  36-44
  3.1 换向单元电压过零检测法的原理  36-39
    3.1.1 第一种情况:换向过程在20°电角度内结束  36-38
    3.1.2 第二种情况:换向过程在20°电角度内未能结束  38-39
  3.2 实验观测波形验证  39-43
    3.2.1 第一种情况下的实验观测波形和分析  41-42
    3.2.2 第二种情况下的实验观测波形和分析  42-43
  3.3 本章小结  43-44
第四章新直流电动机无位置传感器控制系统的硬件设计  44-58
  4.1 新直流电动机无位置传感器控制系统简介  44-45
  4.2 基于MC56F8037 DSP的无位置传感器控制电路  45-52
    4.2.1 MC56F8037 DSP及其最小系统电路  45-48
    4.2.2 过流、欠压保护电路  48
    4.2.3 换向单元电压检测电路  48-51
    4.2.4 接口电路  51-52
  4.3 基于EPLD的电机驱动电路  52-57
    4.3.1 环形分配电路  52-54
    4.3.2 电子换向器电路及其驱动电路  54-55
    4.3.3 辅助电源模块电路  55-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章新直流电动机无位置传感器控制的实现  58-72
  5.1 新直流电动机无位置传感器控制系统的软件设计  58-65
    5.1.1 主程序设计和初始化  58-59
    5.1.2 三段式起动  59-61
    5.1.3 换向单元电压过零检测  61-64
    5.1.4 失步自重启  64
    5.1.5 其他子函数  64-65
  5.2 实验结果与分析  65-71
    5.2.1 实验条件  65-66
    5.2.2 实验结果与分析  66-71
  5.3 本章小结  71-72
总结和展望  72-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间发表(或录用)的学术论文  78

新直流电动机（New DCM）的无位置传感器控制研究

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