电机学论文-直流电机调速电路发展、现状以及前景综述

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1、直流电机调速电路发展、现状以及前景综述摘要：在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。对可调速的电气传动系统，可分为直流调速和交流调速。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，易于在大范围内平滑调速，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起制动和反转，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，至今在金属切削机床、造纸机等需要高性能可控电力拖动的领域仍有广泛的应用，所以直流调速系统至今仍然被广泛地应用于自动

2、控制要求较高的各种生产部门，是截止到目前为止调速系统的主要形式。关键词：直流电机；调速系统；直流电机应用；自动控制直流电机发展状况：直流电动机分为有换向器和无换向器两大类。无刷直流电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的。1831年法拉第发现了电磁感应现象，奠定了现代电机的理论基础。十九世纪四十年代研制成功了第一台直流电机，经过约七十年，直流电机才趋于成熟阶段。随着用途的扩大，对直流电机的要求也越来越高，显然，有接触的换向装置限制了有刷直流电机在许多场合的应用，为了取代有刷直流电机的那种电刷——换向器结构的机械接触装置，人们曾经对此做

3、过长期的探索。早在1915年，美国人Langmil发明了控制栅极的水银整流器，制成了由直流变交流的逆变装置；20世纪30年代，有人提出用离子装置实现电机的定子绕组按转子位置换接的所谓整流子电机，此种电机由于可靠性差、效率低、整个装置笨重而又复杂，故无实际意义。科学技术的迅猛发展，带来了半导体技术的飞跃。开关型晶体管的研制成功，为创造新型电机——无刷直流电机带来了生机。1955年美国D.Harrison等人首次申请用晶体管换向线路代替电机电刷接触的专利，这就是无刷直流电机的雏形，它由功率放大部分、信号检测部分、磁极体和晶体管开关电路等

4、所组成。其工作原理是是：当子旋转时，在信号绕组W1或W2中感应出周期性的信号电势，此信号分别使晶体管BG1和BG2轮流导通，这样就使功率绕组W1和W2轮流馈电，即实现了换流。问题在于，首先，当转子不转时，信号绕组内不产生感应电势，晶体管无偏置，功率绕组也就无法馈电，所以这种无刷电机没有起动转距；其次，由于信号电势的前沿陡度不大，晶体管的功耗大。为了克服这些弊端，人们采用了离心装置的换向器，或在定子上放置辅助磁钢的方法来保证电机可靠的起动，但前者结构复杂，而后者尚需要附加的起动脉冲；其后，经过反复的实验和不断的实践，人们终于找到了用位

5、置传感器和电子换向线路来代替有刷直流电机的机械换向装置，从而为无刷直流电机的发展开辟了新的途径。六十年代初期，以接近某物而动作的接近开关式位置传感器、电磁谐振式位置传感器和高频耦合式位置传感器相继问世，之后，又出现了磁电耦合式和光电式位置传感器。半导体技术的飞速发展，使人们对1879年美国人霍尔发现的霍尔效应再次发生兴趣，经过多的努力，终于在1962年试制成功了借助霍尔效应来实现换流的无刷直流电机。随着比霍尔元件的灵敏度高千倍左右的磁敏二极管的出现，在七十年代初期，又试制成功了借助磁敏二极管实现换流的无刷直流电机。在试制各种类型的位

6、置传感器的同时，人们试图寻求一种没有附加位置传感器结构的无刷直流电机。1968年原联邦德国W.Mieslinger提出采用电容移相实现换流的新方法；在此基础上，原联邦德国R.Hanitsh等人试制成功借助数字式环形分配器和过零鉴别器的组合来实现换流的无附加位置传感器的无刷直流电机。人们一直都在致力于无位置传感器的研究，根据同步电机转子磁极位置辨识的方法，利用定子绕组的感应电动势(电压)间接获得无刷直流电机转子磁极位置，即间接检测法。与直接检测法相比，省去了位置传感器，从而可简化原电机本体结构的复杂性，特别适合于小尺寸、小容量无刷直流

7、电机。80年代以后，随着微机技术的快速发展，使得无转子位置传感器的无刷直流电机得以进入实用化阶段；另外，随着多功能传感器的问世，在无刷直流电机伺服驱动系统中已有用一个传感器同时检测转子磁极位置、速度及伺服位置的实用化应用成果。半导体技术自20世纪50年代后期诞生以来，发展速度很快，功率半导体器件的性能得到逐步提高，同时其相应驱动电路也获得了飞速发展，现可以做到使用一片驱动电路，一个驱动电路就可驱动三相6个开关管，从而大大简化了外围电路尤其是驱动电路的设计。同时高性能永磁材料，如钐钴、钕铁硼等的问世，均为无刷直流电机的广泛应用奠定了坚

8、实的基础。在一些要求高效率和高功率密度的特殊应用领域中，预示着无刷直流电机驱动的美好前景，从各个方面对无刷直流电机及其驱动系统展开的国际性开发热还将继续下去，这样的结果，无刷直流电机将继续成为未来高性能无位置伺服装置的不可轻视的对象。