摘 要

永磁无刷直流电动机是一种采用电子换相技术的电机，它具有结构简单、效率高、噪音低、转矩密度大等优点，并且不产生火花可以在危险场所使用，因此，永磁无刷直流电机在实际生产中获得了大量的应用。但是永磁无刷直流电机一直存在转矩脉动大的问题，其中包括电磁因素产生的转矩脉动、齿槽产生的转矩脉动、电枢反应和电流换相引起的转矩脉动。转矩脉动过大限制了无刷直流电机的性能，阻碍无刷直流电机的发展，因此，抑制转矩脉动的问题厄待解决。

首先，本篇文章介绍了永磁无刷直流电机的基本结构和工作原理，对电子换相结构进行了介绍，建立了电机基本的数学模型。

其次，本篇文章对无刷电机转矩脉动过大的问题进行了详细的分析，尤其是针对换相转矩脉动有很多探讨，得出可以通过控制直流侧电压跟反电动势大小关系来减小脉动。

最后，在Matlab中建立了仿真模型，以TMS320F2812为核心设计了无刷直流电机控制系统。

关键词： 永磁无刷直流电机 转矩脉动SEPIC变换器 PID

Abstract

Permanent magnet brushless DC motor is an electronically commutated motor technology, it has a simple structure, high efficiency, low noise, high torque density, etc., and does not produce sparks can be used in hazardous locations, and therefore, no permanent magnet brush DC Motors received a large number of applications in the actual production. However, there has been a permanent magnet brushless DC motor torque ripple of issues, including the electromagnetic torque ripple torque ripple factor generated cogging torque ripple generated armature reaction and commutation currents caused. Torque ripple is too large to limit the performance of brushless DC motors, hinder the development of the brushless DC motor, thus suppressing torque ripple Eritrea problem to be solved.

First, this article introduces the basic structure and working principle of permanent magnet brushless DC motor, electronic commutation is introduced, the establishment of a basic mathematical model of the motor.

Secondly, this article brushless motor torque ripple is too large for a detailed analysis of the problem, especially for commutation torque ripple has a lot to explore, draw can be reduced by controlling the DC voltage with the relationship between the size of the counter electromotive force pulsation.

Finally, in Matlab, the simulation model to TMS320F2812 as the core design of the brushless DC motor control system.

Keywords: BLDCM Torque Ripple SEPIC converter PID

目录

摘要 1

Abstract 1

第一章 绪论 1

1.1永磁无刷直流电机的发展历程 1

1.2无刷直流电机的应用 1

1.3永磁无刷电机的国内外发展现状 3

第二章 电机的内部结构及特性 3

2.1 电机的结构 3

2.1.1电机本体结构 3

2.1.2转子位置传感器 4

2.1.3电子换向器 4

2.2电机的数学模型 5

2.3转矩脉动产生的原因分析 6

2.3.1无刷直流电机的方波运行和正弦波运行 6

2.3.2 产生转矩脉动各种原因机理分析 7

第三章 抑制换相转矩脉动的方法 8

3.1最优换相方法 8

3.2换相转矩脉动原因 9

3.3 拓扑结构 12

3.4 基于PID控制的仿真 13

3.5 仿真结果 16

第四章 硬件电路设计 18

4.1 总体方案 18

4.2 TMS320F2812芯片介绍 19

4.3电源电路的设计 19

4.4 SEPIC变换器及开关选择电路设计 21

4.5光耦隔离电路设计 22

4.6驱动电路设计 22

4.7逆变桥电路 23

第五章 结论与展望 25

参考文献 27

致谢 28

第一章 绪论

1.1永磁无刷直流电机的发展历程

在1980年代,各种新电机开始应用到我们的工作生产中。现在有各种各样的电机广泛应用于电器和各种类型的设备,如个人电脑、传真机、空调、冰箱、等等,事实上大部分的家用电器和消费电子设备配置不仅仅是有一台电机而是装备了几个电机。在日常旅行中,经常看到很多电梯,自动扶梯,电动机广泛应用于其他类似的机器。电机在我们周围存在,使我们的生活更舒适、方便。尤其是近年来,在这些不同类型的电动机里面,无刷直流电动机的数量明显增加。

电力电子技术的发展促进了无刷直流电动机技术的提升。在无刷直流电机起步的阶段,大容量的电力设备仍处于发展阶段,其性能不稳定,更重要的是成本也非常高,并且相应的控制技术比较落后,使其在一段时间后出现,总体性能不是很理想,在实践中难以使用。博览会于1987年在德国举行,一家外国公司公布了一个无刷直流电机和匹配控制器,收到世界各地的广泛关注,并引发了一股世界范围内的研究。同时,这预示着无刷直流电动机的实际应用时代已经到来。

作为科研工作者进一步研究无刷直流电机的特性,其理论基础和研究更完善。在20世纪80年代,国外知名学者Bolton对无刷直流电机控制系统作了完善的研究,明确了研究方法和方向,成为无刷直流电机研究的典型理论,预示着无刷直流电动机的理论会更加完善。