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BLDC无刷直流电动机 设计

BLDC无刷直流电动机 设计
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摘要

序言

由于BLDC无刷直流电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点,故在当今国民经济各领域应用日益普及。

一个多世纪以来,电动机作为机电能量转换装置,其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向,因而存在相对的机械摩擦,由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点,再加上制造成本高及维修困难等缺点,从而大大限制了它的应用范围,致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。

针对上述传统直流电动机的弊病,早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的BLDC无刷直流电动机。经过了几十年的努力,直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。上世纪70年代以来,随着电力电子工业的飞速发展,许多高性能半导体功率器件,如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现,以及高性能永磁材料的问世,均为BLDC无刷直流电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。

关键字:BLDC,各个领域,发展,高性能

ABSTRACT

Preface

Due to a series of advantages of the structure of BLDC brushless DC motor not only has the simple AC motor, reliable operation, convenient maintenance and so on, but also have many advantages of DC motor and high operation efficiency, no excitation loss and good speed performance, the application in various fields of today's national economy growing popularity.

More than a century, the motor as an electromechanical energy conversion devices, its application scope has been in every field of the national economy and people's daily life. A synchronous motor, induction motor and DC motor for the three main types of. Because the conventional DC motor adopts brush reversing in a mechanical way, so there are relative mechanical frictions, which brings the cremation, radio interference and noise, short life and other weaknesses,shortcomings coupled with high manufacturing cost and difficult maintenance etc, which greatly limits its scope of application, resulting in the current agricultural and industrial production most adopt the three-phase asynchronous motor.

In view of the disadvantages of traditional DC motor, in the early 30's of the last century began to develop in the electronic commutation instead of brush commutation of Brushless DC motor BLDC. After decades of effort, until in the early 60 century finally realized this desire. The last century since the 70's, with the rapid development of power electronics industry, many high performance semiconductor power devices, such as GTR, MOSFET, IGBT, IPM appeared in succession, and the advent of high performance permanent magnetic materials, and laid a solid foundation for wide application of BLDC in Brushless DC motor.

Keywords: BLDC, each field, the development of high performance

目录

摘要 ................................................................................................................................. I 目录 .................................................................................................................................. I I 第1章引言.. (1)

1.1设计目的和要求 (1)

1.1.1设计的目的 (1)

1.1.2设计的要求 (1)

1.2设计的主要内容 (1)

1.3设计原则 (1)

第2章小区环境与住宅情况 (3)

2.1 小区的位置与气候 (3)

2.2 住宅小区基本情况 (3)

第3章住宅小区负荷计算 (4)

3.1供配电系统概述 (4)

3.2负荷分级及供电要求 (4)

3.2.1 负荷分级的相关规范 (4)

3.2.2本工程的负荷情况 (5)

3.3 电源及高压供配电系统 (6)

3.3.1电源的选择 (6)

3.3.2根据用户的需求判断 (7)

3.3负荷计算 (8)

3.3.1住宅小区住户照明用电计算方法 (8)

3.3.2其他负荷计算方法 (10)

3.3.3详细负荷计算方法 (11)

3.3.4其他用电负荷计算 (13)

第4章电源配电房设备及发电油机的比较与选择 (15)

4.1配电房设备 (15)

4.1.1断路器与熔断器 (17)

4.1.2直流供电系统 (17)

4.2电油机 (18)

4.2.1油机发电机组 (18)

4.2.2柴油发动机和汽油发动机的比较 (18)

4.2.3电动机的启动 (19)

4.2.4对双电源切换的要求 (21)

4.2.5发电机循环运行时间 (22)

第5章电气安全、防雷和接地保护 (24)

5.1安全常识 (24)

5.2防雷系统的概述、等级和措施 (24)

5.2.1防雷系统的概述 (24)

5.2.2建筑物的防雷等级 (24)

5.2.3高层建筑物的防雷措施 (26)

5.3接地系统概述 (29)

参考文献 (32)

致谢 (33)

附录 (34)

附表一噪声的标准 (34)

附表二变压器进线柜图 (35)

附表三配电柜出线图 (36)

附表四发电机接线图 (37)

附表五配电室接地图 (38)

第1章引言

第1章引言

1.1设计目的和要求

1.1.1设计的目的

随着人们对生活环境和品质的不断提高,高科技的发展,电与人们的生活越来越密切相关了。建筑物的用电系统的重要性就越来越突出,范围越来越广。而世界的资源是有限的。所以我们要合理的使用电力资源。本次设计就是为了让电力更好的得到合理使用,减少无功功率的消耗,也让用电更加安全、可靠、便捷。

1.1.2设计的要求

把居民用电和非居民用电分开调控;

设计电路的线路简单,降低造价成本;如:减少电缆的米数;

备用发电机电源的独立和消防、紧急照明的用电安全等。

1.2设计的主要内容

这次的设计内容为小区配送电线路设计,我们要通过对小区配电方案的合理选择及配电线路的合理设计来实现小区配电的合理性、安全性、可靠性、经济性和可持续发展性。

1.3设计原则

节能环保安全是设计的唯一原则,我们以这个出发点去思考,去设计这个小区的配送电电路图。

1、城网规划应坚持建设资源节约型和环境友好型电网的原则,应同时考虑降低投资成本和提高运行经济性。

2、城网规划设计时应在噪声、工频电场和磁场、高频电磁波、通信干扰等多

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方面满足国家相关标准和技术要求。

3、应推广采用大截面、大容量、同杆并架及紧凑型线路,节约线路走廊。应采用节能型线路金具,淘汰高能耗线路金具。

4、推广采用高可靠性、小型化和节能型设备建设与环境相协调的节约型变电站。

第2章小区环境与住宅情况

第2章小区环境与住宅情况

2.1 小区的位置与气候

当地最高温度是38°C,当地最低温度为2°C,年平均温度为16°C,瞬间最大风速是20m/s ,当地平均风速为0.9m/s,年降水量为1000ml ,潮湿、极少覆冰,小区海拔为:500m。

2.2 住宅小区基本情况

该小区占地面积为2400平方米,共有11座楼层,其中7座17层、4座16层,每层两户,且每座下面都是连通了的地下室。4栋和5栋的底层因靠街道,而设计为商业店铺。该小区还配有地下车库等公共设施。

表2-1小区楼层情况表

一栋一单元17层34户二单元17层34户

二栋一单元17层34户二单元17层34户

三栋一单元17层34户二单元17层34户三单元17层34户

四栋一单元16层32户二单元16层32户

五栋一单元16层32户二单元16层32户

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第3章住宅小区负荷计算

3.1供配电系统概述

随着我们国家人民的生活水平的提高和房地产业的发展,各种新建的住宅小区越来越多。那就需要我们准确的计算出住宅小区的用电负荷,合理选择各种配变电设施,这样才能既满足小区居民现在及将来的用电负荷,又能合理降低工程造价、节省投资。

供配电系统设计要彻底执行国家的技术经济政策,做到保障人身安全,供电可靠,技术先进和经济合理。另外,供配电系统的还需要做到统筹兼顾,按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件,合理确定设计方案。

供配电系统的设计为减小电压偏差,应符合下列要求:

一、正确选择变压器的变压比和电压分接头;

二、降低系统阻抗;

三、采取补偿无功功率的措施;

四、宜使三相负荷平衡。

3.2负荷分级及供电要求

3.2.1 负荷分级的相关规范

电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级,并应负荷下列规定:

(一)符合下列情况之一时,应为一级负荷

(1)中断供电将造成人身伤亡的负荷。

(2)中断供电将造成重大政治、经济损失的负荷。例如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、有害物质溢出严重污染环境、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。

第3章住宅小区负荷计算

(3)中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位正常工作的负荷。例如重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。

在一级负荷中,当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷,以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷.应视为特别重要的负荷。例如在工业生产中正常电源中断时处理安全生产所必须的应急照明、通信系统、保证安全停产的自动控制装置等;民用建筑中大型金融中心的关键电子计算机系统和防盗报警系统、大型国际比赛场(馆)的记分系统及监控系统等。

(二)符合下列情况之一时,应为二级负荷

(1)中断供电将在政治、经济上造成较大损失的负荷。例如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

(2)中断供电将影响重要用电单位正常工作的负荷。如交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷,以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱的负荷。

(三)符合下列情况之一时,应为三级负荷

不属于一级和二级的电力负荷。

由于各行业的一级负荷、二级负荷很多,规范只能对负荷分级作原则性规定,具体划分需在行业标准中规定。

3.2.2本工程的负荷情况

按我国现有的有关规范规定,凡多层住宅用电均按三级负荷供电,而小区的配套设施面积较大或地下停车库等应根据《建筑防火设计规范》(GBJ 16-87)、《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116-98)、《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》(GB 50057-97)设置相应的消防设施,且上述消防设备为二级负荷供电。为小区服务的保安系统、远程集中收费系统、电视、信息网络系统的负荷等级不应低于二级,即宜由二回线供电或地区供电条件困难时,二级负荷可由一路专用10KV架空线路或电缆组成的线路供电,其每根电缆应能承受百分之百的二级负荷。

本工程包含高层普通住宅、多层住宅、车库等,属于规范规定的二级负荷。

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3.3 电源及高压供配电系统

小区位于城市主城区域内,高压电源由附近110kv的高压源接引而来,通过降压得到10kv的配网线再接入,由高压电缆输送至小区负荷中心。近年来,为保证供电质量和供电可靠性,某些小区高压部分采用双电源的供电模式,但对于本设计的小区来说,参考《城市电力网规划设计导则》的规定。

3.3.1电源的选择

一、符合下列条件之一时,用电单位宜设置自备电源:

(1)需要设置自备电源作为一级负荷中特别重要负荷的应急电源时。

(2)设置自备电源较从电力系统取得第二电源经济合理或第二电源不能满足一级负荷要求的条件时。

(3)所在地区偏僻,远离电力系统,经与供电部门共同规划,设置自备电源作为主电源经济合理时。

二、应急电源与工作电源之间必须采取可靠措施防止并列运行。

三、在设计供配电系统时,对于一级负荷中的特别重要负荷,应考虑一电源系统检修或故障的同时,另一电源系统又发生故障的严重情况,此时应从电力系统取得第三电源或自备电源。

四、需要两回电源线路的用电单位,宜采用同级电压供电,但根据各级负荷的不同需要及地区供电条件,也可采用不同电压供电。

五、同时供电的两回及以上供配电线路中,一回路中断供电时,其余线路应能满足全部一级和全部或部分二级负荷的用电需要。

六、供配电系统应简单可靠,同一电压的正常配电级数不宜多于两级。

七、高压配电线路应深入负荷中心。根据负荷容量和分布、宜使总变电所和配电所靠近高压负荷中心,变电所靠近各自的低压用电负荷中心。

八、对供电电压为35kV且负荷小而集中的用电单位,如没有高压用电设备,发展可能性小且面积受到限制,在取得供电部门同意后,可采用35/0.4kV直降配电变压器。

第3章住宅小区负荷计算

九、室外配电线路当有下列情况之一时,应采用电缆:

(1)没有架空线路走廊时。

(2)城市规划不允许通过架空线路时。

(3)高层建筑多,架空线路的安全运行受到严重威胁时。

(4)环境对架空线路有严重腐蚀时。

(5)重点风景旅游区的建筑群。

(6)大型民用建筑。

十、在用电单位内部为提高供电可靠性或出于节约用电及检修电源设备的需要,临近的变电所之间宜设置低压联络线。

十一、小负荷的一般用电单位宜纳入当地低压电网。

3.3.2根据用户的需求判断

一、中断供电后造成的后果负荷下列情况之一的用户为重要用户:

(1)中断供电将造成人身伤亡者;

(2)中断供电将造成环境严重污染者;

(3)中断供电将造成重要设备损坏,连续生产过程长期不能恢复或大量产品报废者;

(4)中断供电将在政治上或军事上造成重大影响者。

(5)中断供电将造成重要公共场所秩序混乱者。

(6)对供电质量和可靠性有特殊要求的用户统称为重要用户。

二、重要用户除正常供电电源外,还应有保安备用电源。保安备用电源原则上应与正常供电电源来自两个独立的电源,如来自不同变电所(发电厂)的电源,或虽来自同一变电所而系互不影响的不同母线段供电的电源。

三、保安备用电源由何种电压供电,决定于用户需要的容量和电网的具体情况。一般不采用专线供电方式。保安备用电源的供电容量只限于用户的有关重要负荷,不包括其他负荷。

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四、保安备用电源可由供电部门提供,也可由用户自备。在电力系统瓦解时仍需保证供电的重要负荷,以及通信枢纽、矿井等不能片刻停电的重要负荷,应由用户自备保安备用电源。如重要负荷容量不大,或由电网供给保安备用电源不经济时,应由用户自备保安备用电源。

五、当重要用户由两路及以上线路供电时,用户侧各级电压网络一般不应环并,以简化保护,当其中任一回路故障重合闸(电缆除外)不成功时,采用备用电源自投,互为备用,以提高供电可靠性。

本设计中的小区用电面积不大,且并不负荷规定中的重要用户标准,因此,只允许接入一回路高压电源。如有需要,可对电梯、消防设施自备应急电源,但应急电源与工作电源之间必须采取措施,防止并行运行对10kv供电网络造成反送电事故。应急电源的设置需经过供电部门审查同意后方能接入。小区正门左边100米为10kv高空架空配电线路,可直接接引一回路10kv。用高压电力电缆至小区的地下配电房。

3.3负荷计算

3.3.1住宅小区住户照明用电计算方法

照度计算

照度计算方法有利用系数法、单位容量法和逐点法等3种。任何一种计算方法,都只能做到基本准确。

利用系数法

此法适用于灯具均匀布置的一般照明以及利用墙和天棚作为光线反射面的场合。当选用反射式、半反射式或漫射式等主要利用反射光通的照明灯具时,必须采用此法计算在工作面上的平均照度E系由光源光通的直射分量以及经房间多次反射的分射分量所造成的。投射在工作面上的这两个光通之和ΣF与照明灯具在受照房间内所发出的总光通NF之比称为利用系数。

(3-1)

/

F NF

式中F——每一个照明灯具所发出的光通量,流明。

第3章住宅小区负荷计算

照明装置的利用系数与下列因素有关:

照明灯具的效率及光强分布的情况;

墙壁、天棚和地板的反射系数Pq、Pt和Pd;

室形指数。

对于方形的房间,室形指数i按下式确定:

=(+)(3-2)

i A B h A B

·/

式中AB——房间的长度和宽度,米;

h——照明灯具的计算高度,米。

利用系数法的基本公式为

=(3-3)

F EminKZS N

/

=(3-4)

Emin FNh KZS

/

式中F-每一个灯泡的光通量,流明;

Emin-最小照度

K-减光补偿系数

S-房间面积

N-灯具数量

Z-最小照度

η-光通利用系数

单位容量法

单位容量法的基本公式:

=(3-5)

/

W P A

W—在最低照度下每单位面积的安装功率(W)

P—房间内全部灯泡(管)的总安装功率(W)

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A—房间的面积(㎡)

根据已知的面积和所选的灯具形式、最小照度E、计算高度h,查表得每单位面积的安装容量W,从上式算出全部灯泡的总安装功率P。然后除以灯具的功率,再考虑到室形及对灯具布置的要求即可得灯具数量。

电气照明设计的基本原则

本设计照度标准选用国家民用建筑照明标准为基准,并参照有关国外照明标准进行设计。

照明电源,根据国家节能要求特殊装修要求外,均选用高效,低耗的节能型日光灯和节能筒灯为主。

3.3.2其他负荷计算方法

根据以上两种方法求出照明及家用符合外,结合小区的实际情况,还需考虑其它用电负荷。例如小区还包括小区物业公司,泵房,热力交换站及车库、自行车棚等用电负荷;另外还有四座小搞成,还用考虑电梯负荷;二次加压泵房负荷(供生活及消防用水),以上诸负荷在计算住宅小区负荷重占比重较大的是照明及家用电负荷,而照明及家用电负荷出现最大值的时段为每天19:00~22:00,因而在计算小区的最大负荷时就以19:00~222:00时段的照明及家用电负荷为基础,然后再叠加其它负荷。其它负荷计算方法为:

1.电梯

=?(3-6)

PD PDI hD

式中PD—电梯实际最大总负荷,kW

PDI—单部电梯负荷,kW

ηD—多部电梯运行时的同时系数(取值范围见下表)

电梯同时系数一览表

电梯台数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

同时系数 1 0.91 0.85 0.80 0.76 0.72 0.68 0.64 0.60 0.54

二次加压水泵:

第3章住宅小区负荷计算

=?(3-7)

PMS PSI NSI

式中PMS—二次加压水泵最大运行方式下(开泵最多的方式)的实际最大负荷

PSI—各类水泵的单台最大负荷

NSI—最大运行方式下各类水泵的台数

3.物业楼

=?(3-8)

PWM PWS hW

式中PWM—物业楼在照明及家用电最大负荷时段实际最大负荷

PWS—物业楼设计最大负荷,KW

ηW—物业楼负荷、照明及家用电最大负荷的同时系数

4.路灯及公用照明:

按照路灯的盏数及每盏灯的瓦数进行累加计算。路灯负荷为PL(kW)。

5.住宅小区的综合最大负荷

()

=++++

p PM PD PMS PWM PL kW

(3-9)3.3.3详细负荷计算方法

居民用电负荷计算:

首先按照单位面积法计算每户居民最大用电负荷,一次为做单位用电指标,再用单位指标法计算每座住宅楼的负荷并合并计算结果。

=??(3-10)

PM Ped S h

式中—实际最大负荷,kW

Ped—单位面积计算负荷,W/㎡

S—小区总面积,㎡

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η—同时系数

其中单位面积计算负荷按某市的用电标准,取40W/㎡,小区内户型种类较多,从80㎡到140㎡左右,其中小户型居多,为方便计算,去平均值100㎡,则每户负荷为:

PM=10W/㎡×100㎡=4kW

再将PM作单位指标Pei带入单位指标法公式

)

(

P js Pei Ni h Kw

=??(3-11)可求出每座住宅楼的用电负荷,如下表:

表3-1小区住宿负荷情况表

序号楼号户数

单位指

(KW)

计算负

(KW)

负荷同

时率

实际负

1 1栋一单元34 4 136 0.6 81.6

2 1栋二单元34 4 136 0.6 81.6

3 2栋一单元3

4 4 136 0.6 81.6

4 2栋二单元34 4 136 0.6 81.6

5 3栋一单元34 4 13

6 0.6 81.6

6 3栋二单元34 4 136 0.6 81.6

7 3栋三单元34 4 136 0.6 81.6

8 4栋一单元32 4 128 0.6 76.8

9 4栋二单元32 4 128 0.6 76.8

1

5栋一单元32 4 128 0.6 76.8 1

1

5栋二单元32 4 128 0.6 76.8

合计878.4

商铺用电负荷计算:

根据已知商铺面积,可按单位面积法求取每个商铺的用电负荷:

PM Ped S h

=??(3-12)式中—实际最大负荷,kW

第3章住宅小区负荷计算Ped—单位面积计算负荷,W/㎡

S—小区总面积,㎡

η—同时系数

将商铺面积带入上式得负荷值如下表:

表3-2商铺负荷情况表

序号楼号

单位面

积负荷

(w/m

2)

计算负

(KW

负荷

同时

实际

负荷

(K

W)

1 4栋一单元底商 4 240 80 19.

2 0.7 13.44

2 4栋二单元底商 4 240 80 19.2 0.7 13.44

3 5栋一单元底商

4 240 80 19.2 0.7 13.44

4 5栋二单元底商 4 240 80 19.2 0.7 13.44

合计53.76

3.3.4其他用电负荷计算

电梯:

电梯的负荷分级

电梯的负荷分级应符合2.2.1的负荷分级规范要求。客梯的供电要求应负荷下列要求:

一级复合的客梯,应由引自两路独立电源的专用回路供电;

二级复合的客梯,可由两回路供电,其中一回路应为专用贿赂;

三级复合的客梯,宜由建筑低压配电柜以一回路专用贿赂供电,当有困难时,电源可由同层配电箱接引;

本工程电梯建筑均为小高层,小区规模为普通城镇住宅小区均属于二级负荷,不允许双电源引入,如需用双电源接引的,可由用户自备发电机电源接引,在本设计中,电梯用电由用户从建筑电表下表位或配电室内自行接引低压电源。

1栋电梯负荷:

PD=∑PDI××2台电梯×0.8=12.8kW

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2栋电梯负荷:

PD=∑PDI××2台电梯×0.8=12.8kW

3栋电梯负荷:

PD=∑PDI××3台电梯×0.8=19.2kW

4栋电梯负荷:

PD=∑PDI××2台电梯×0.8=12.8kW

5栋电梯负荷:

PD=∑PDI××2台电梯×0.8=12.8kW

物业管理中心

物业管理中心的用电负荷主要为照明,办公室用电器(电脑、复印机等),可能会有热水器,电视机等家电设施,基本上可以按照普通具名的负荷计算方式来考虑,实用单位面积可得:

PM=Ped×S×㎡×540㎡÷1000=21.6kW

(3)其它:热力交换站、水泵房、自行车棚、地下车库

热力交换站按用户提供资料可知所有设备合计负荷为110kW,水泵房按用户提供资料可知所有设备合计负荷为128kW,此类负荷在用电时一般为全部设备投入运行,按满负荷考虑用电。

地下车库的用电时间主要在早晨7:00~8:00、中午12:00~12:30、晚上5:30~6:00左右几个时间段,与住户用电高峰期并不重合,且多层住宅的地下车库数量少、用电负荷较小。用电同时率低,所以在负荷计算时刻忽略不计,仅按低标准配置线路即可。

自行车棚负荷主要为照明用电,通常单个车棚用电负荷不足1kW,刻忽略不计,配电线路按最低标准配置。

第4章电源配电房设备及发电机的比较与选择

第4章电源配电房设备及发电油机的比较与选择

4.1配电房设备

一、进线隔离柜

进线隔离柜主要采用手车式隔离柜,内置高压隔离开关。由动触头、静触头、支持瓷瓶或套管瓷瓶、导电铜排、辅助开关、手车机械移动装置等组成,另外可根据用户需要选配带电显示装置

二、计量柜

计量柜就是计量电能用的。

其设备包含:

电流互感器,为电度表提供电流信号;

电压互感器,为电度表提供电压信号;

高压熔断器,为电压互感器提供电压信号;

三线三相电度表,计量电能。

三、进线柜

就是一段母线的进线开关柜,内装有主断器。

四、PT柜

PT柜也叫电压互感器柜:一般是直接装设到母线上,以检测母线电压和实际保护功能。内部主要安装电压互感器PT、隔离刀、熔断器和避雷针等。

高压G3:G12电柜(两路高压进线柜)内有高压真空断路器和PT柜,装在同一个电柜内,所以我们小区没有设高压G3。

五、母联柜

母联柜内部主开关是真空断路器,电经隔离柜过来经真空断路器进线控制,因为真空断路器具有多种保护的功能,而隔离开关没有、内装有两段母线之间的

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联络。

两路高压连接的开关。

六、隔离柜

隔离柜也称之为母线隔离柜,内部有隔离手车,高压电缆一般从隔离柜下口接入。主要是和外部电源隔开。

七、变压器

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流)。变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。在发电机中,不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈,均能在线圈中感应电势,此两种情况,磁通的值均不变,但与线圈相交链的磁通数量却有变动,这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应,变换电压,电流和阻抗的器件。

八、直流屏

直流屏是一种全新的数字化控制、保护、管理、测量的新型直流系统。上海至仁自动化科技直流屏监控主机部分高度集成化,采用单板结构(All in one),内含绝缘监察、电池巡检、接地选线、电池活化、硅链稳压、微机中央信号等功能。主机配置大液晶触摸屏,各种运行状态和参数均以汉字显示,整体设计方便简洁,人机界面友好,符合用户使用习惯。直流屏系统为远程检测和控制提供了强大的功能,并具有遥控、遥调、遥测、遥信功能和远程通讯接口。通过远程通讯接口可在远方获得直流电源系统的运行参数,还可通过该接口设定和修改运行状态及定值,满足电力自动化和电力系统无人值守变电站的要求;配有标准RS232/485串行接口和以太网接口,可方便纳入电站自动化系统。

九、电容柜

电力系统中的负载类型大部分属于感性负载,加上用电企业普遍广泛地使用电力电子设备,使电网功率因数较低。较低的功率因数降低了设备利用率,增加了供电投资,损害了电压质量,降低了设备使用寿命,大大增加了线路损耗。

十、低压联络柜

电动车直流无刷电动机的调速控制

电动车直流无刷电动机的调速控制 作者:黄涛李晶李志刚单位:武汉理工大学信息学院 摘要:对当前无刷电动机在电动车领域的应用做了简单分析,简要介绍了直流无刷电动机的组成和工作原理,提出设计总体方案,详细阐述了驱动电路组成和调速部分的具体实现方法,并且介绍了电路的过流保护功能。 关键词:直流无刷电动机霍尔位置传感器驱动电路调速过流保护 中图分类号:TP332.3 文献标示码: B Timing Control to the Brushless electromotor of Electric-automobile Author: HuangTao LiJing LiZhigang Department: Information College Wuhan University of Technology Abstract:Analyze simply to the application of Brushless electromotor in Electric-automobile field.Take a introduction to the composing and principle of Brushless electromotor.Give a designing blue print and the material method of the driving circuit and timing control circuit.Moreover,introduce the function of over-current protection. Key words: Direct current Brushless electromotor Hall position sensor Driving circuit Timing Control Over-current protection 1.引言 随着当前油价上涨,能源紧张以及人们环保意识的不断加强,具有“节能、环保、轻便灵活”等特点的电动车越来越受到了人们的青睐。目前市场上电动车大多数停留在有刷电动机阶段。有刷电动机采用机械换向,对控制系统的技术要求较低,但是相比无刷电动机,有刷电动机存在着明显的劣势:寿命短,噪声大,效率低,返修率较高,因此电动车采用直流无刷电动机做为驱动系统是一个必然的大趋势。针对这种情况,本文介绍了对电动车直流无刷电动机调速控制的一套切实可行的设计方案,该方案可实现对三相无刷电动机转速进行精确控制。 2. 无刷电动机基本组成和工作原理 2.1 基本组成 直流无刷电动机的结构原理如图1所示。它主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。A相、B相、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相连接。本设计主要实现电子开关线路的功能。

《直流电动机》名师教案

《直流电动机》名师教 案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第六节直流电动机 清华大学附属中学永丰学校刘铭 教材内容分析 本课选自义务教育教科书,北京师范大学出版社物理九年级全一册第14章,第6节《直流电动机》。前面学生已经掌握了电流周围存在磁场,磁场对通电导体有力的作用,紧接着这节课的学习就是对前面所学知识的一个应用,也是对前面所学内容的另一种诠释,这需要很好的理解掌握前面学习的理论知识,这节课进行深入加工,有着理论的依据,亲自动手操作实验,切实做到学以致用。 学生情况分析 初三下学期的学生,有前面几节课的知识储备,并具备一定的发现问题、分析问题、解决问题的能力,在实验操作方面也有很多的实验积累,在讨论解决方案时会有一些可行的猜想,并针对这些猜想设计可行的实验,来验证猜想是否正确。但是对于学生来说,总会有一些想法不是很严谨,需要老师的及时适当引导。 核心素养 通过动手组装模拟电动机,探究电动机的工作的过程和原理,培养学生科学探究的能力和科学的思维,通过了解电动机在生活中的应用,认识科学与技术之间的关系,培养学生科学的态度与责任。 教学目标设计 1.知识与技能: (1)知道电动机工作的基本原理:通电线圈在磁场中受到力的作用。 (2)知道电动机工作过程中的能量转化。 (3)了解使电动机连续转动的方法,及换向器在直流电动机中的作用。 2.过程与方法:

(1)经历探究电动机转动原理的过程,培养学生初步分析问题的能力。 (2)经历电动机的发明过程,培养学生动手能力和发现问题并解决问题的能力。 3.情感态度与价值观: 了解物理知识如何转变为科学技术,强化学生学以致用的意识。 教学内容设计: 教学重点:探究磁场对通电导体有力的作用。 教学难点:使电动机持续转动的方法。 教学策略分析 (一)教学方法分析: 1.协作学习法:2个学生为一组,组内同学协同完成实验任务。 2.任务驱动法:学生们经历电动机的发展历程,随着电动机发展过程中问题的产生,猜想解决问题的措施,针对解决措施,动手设计实验,验证猜想是否正确,方案是否可行。 3.讨论交流学习法:学生在实验操作前,交流实验方案;在实验操作过程中,讨论方法的可行性;在实验操作后,交流总结实验心得和结论。 (二)教学手段: 多媒体,实物投影,电动机的换向器工作时慢镜头视频,小型电动机模型(2个),带有换向器的电动机模型(2个),玩具车中的电动机。

永磁无刷直流电动机的基本工作原理

永磁无刷直流电动机的基本工作原理 无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。 1. 电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体,为了检测电动机转子的极性,在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是:接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控制和调整转速;提供保护和显示等等。 无刷直流电动机的原理简图如图一所示: 永磁无刷直流电动机的基本工作原理 主电路是一个典型的电压型交-直-交电路,逆变器提供等幅等频5-26KHZ调制波的对称交变矩形波。 永磁体N-S交替交换,使位置传感器产生相位差120°的U、V、W方波,结合正/反转信号产生有效的六状态编码信号:101、100、110、010、011、001,通过逻辑组件处理产生T1-T4导通、T1-T6导通、T3-T6导通、T3-T2导通、T5-T2导通、T5-T4导通,也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上,这样转子每转过一对N-S极,T1-T6功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下,仅有两相绕组通电,依次改变一种状态,定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电角度,转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置,转子在新位置上,使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码,新的编码又改变了功率管的导通组合,使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度,如此循环,无刷直流电动机将产生连续转矩,拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的,而不是由逆变器强制换向的,所以也称作自控式同步电动机。 2. 无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置,所以不论转子的起始位置处在何处,电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩,因此转子上不需另设启动绕组。 由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直,在铁芯不饱和的情况下,产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比,这正是他励直流电动机的电流-转矩特性。 电动机的转矩正比于绕组平均电流: Tm=KtIav (N·m) 电动机两相绕组反电势的差正比于电动机的角速度: ELL=Keω (V) 所以电动机绕组中的平均电流为: Iav=(Vm-ELL)/2Ra (A) 其中,Vm=δ·VDC是加在电动机线间电压平均值,VDC是直流母线电压,δ是调制波的占空比,Ra为每相绕组电阻。由此可以得到直流电动机的电磁转矩: Tm=δ·(VDC·Kt/2Ra)-Kt·(Keω/2Ra) Kt、Ke是电动机的结构常数,ω为电动机的角速度(rad/s),所以,在一定的ω时,改变占空比δ,就可以线性地改变电动机的电磁转矩,得到与他励直流电动机电枢电压控制相同的控制特性和机械特性。

无刷直流电机的建模与仿真

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/9b1644200.html, 无刷直流电机的建模与仿真 作者:秦超龙 来源:《电脑知识与技术》2013年第05期 摘要:该文在分析无刷直流电机(BLDCM)数学模型和工作原理的基础上,利用Matlab 软件的Simulink和PSB模块,搭建无刷直流电机及整个控制系统的仿真模型。该BLDCM控制系统的构建采用双闭环控制方法,其中的电流环采用滞环电流跟踪PWM,速度环采用PI控制。仿真和试验分析结果证明了本文所采用方法的有效性,同时也证明了验证其他电机控制算法合理性的适用性,为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路。 关键词:BLDCM控制系统;无刷直流电机;数学模型;MATLAB;电流滞环 中图分类号: TP391 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2013)05-1172-03 随着现代科技的不断发展,无刷直流电动机应用技术越发成熟,应用领域也越发广泛,用户对无刷直流电动机使用增多的同时,对其控制系统的设计要求也变得越来越高。包括低廉的设计和搭建成本、短的开发周期、合适的控制算法、优良的控制性能等。而科学合理的无刷直流电动机控制系统仿真模型的建立,对控制系统的直观分析、具体设计,快速检验控制算法,降低直流电机控制系统的设计成本,拥有十分重要的意义。 直流无刷电动机利用电子换向原理和高磁性材料,取代了传统的机械换相器和机械电刷,解决了有刷直流电动机换向器可维护性差和较差的可靠性的致命缺点,使得直流电动机的良好控制性能得到维持,直流电动机得到更好的应用。伴随着如今功率集成电路技术和微电子技术的发展,控制领域相继出现了大量无刷直流电动机专用驱动和控制芯片,解决高性能无刷电动机驱动控制问题所提出的解决方案也变得更加丰富和科学,无刷直流电机在控制领域显示出前所未有的广阔应用前景[1]。 通过无刷直流电动机控制系统的仿真模型来检验各种控制算法,优化整个控制系统的方法,可以在短时间内得到能够达到预期效果的控制系统。在对无刷直流电机电流滞环控制和数学模型等分析的基础之上,可以利用Simulink中所提供的各种模块,构建出BLDCM控制系统的仿真模型,从而实现只利用Simulink中的模块建立BLDCM控制系统仿真模型。通过对实例电机的仿真,可以得到各类仿真波形,从而验证了仿真模型的有效性和正确性,数学模型的有效性及控制系统的合理性也得到了验证。 1 无刷直流电机的数学模型 本文采用两相导通三相六状态的无刷直流电动机来分析无刷直流电动机的数学模型[2-3]。 无刷直流电动机的感应电动势为梯形波,电流为方波。考虑到分析的方便、无刷直流电动机的特点,该文直接利用电动机本身的相变量建立物理模型,假定:

直流无刷电动机及其调速控制

直流无刷电动机及其调速控制 1.直流无刷电动机的发展概况与应用 有刷直流电动机从19世纪40年代出现以来,以其优良的转矩控制特性,在相当长的一段时间内一直在运动控制领域占据主导地位。但是,有机械接触电刷-换向器一直是电流电机的一个致命弱点,它降低了系统的可靠性,限制了其在很多场合中的使用。为了取代有刷直流电动机的机械换向装置,人们进行了长期的探索。早在1917年,Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷,从而诞生了无刷直流电机的基本思想。 1955年美国的D.Harrison等首次申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利,标志着现代无刷直流电动机的诞生。无刷直流电动机的发展在很大程度上取决于电力电子技术的进步,在无刷直流电动机发展的早期,由于当时大功率开关器件仅处于初级发展阶段,可靠性差,价格昂贵,加上永磁材料和驱动控制技术水平的制约,使得无刷直流电动机自发明以后的一个相当长的时间内,性能都不理想,只能停留在实验室阶段,无法推广使用。1970年以后,随着电力半导体工业的飞速发展,许多新型的全控型半导体功率器件(如GTR、MOSFET、IGBT等)相继问世,加之高磁能积永磁材料(如SmCo、NsFeB)陆续出现,这些均为无刷直流电动机广泛应用奠定了坚实的基础。在1978年汉诺威贸易博览会上,前联邦德国的MANNESMANN公司正式推出了MAC无刷直流电动机及其驱动器,引起了世界各国的关注,随即在国际上掀起了研制和生产无刷直流系统的热潮,这业标志着无刷直流电动机走向实用阶段。 随着现代永磁材料和相关电子元器件的性能不断提高,价格不断下降,无刷电动机的到了快速发展,并被广泛应用于各个领域,例如,在数控机床、工业机器人以及医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺机械和家用电器等小功率场合,计算

九年级物理全册 第14章 第六节 直流电动机教案1 (新版)北师大版(1)

《直流电动机》 教学目的: 1、知道直流电动机的原理和主要构造。 2、知道换向器在直流电动机中的作用。 3、了解直流电动机的优点及其应用。 4、培养学生把物理理论应用于实际的能力。 教学重点、难点: 1.、磁场对电流的作用。 2.、磁场对电流作用的现象和规律,电动机的构造和原理。 教学过程: 1、复习 提问:上节课我们做实验给磁场中的导体通电,发现了什么?(学生回答:通电导体在磁场中受力)。 提问:这个力的方向与哪两个因素有关?(学生回答之后,教师强调:改变电流方向,或改变磁感线方向,导体受力方向就随着改变) 提问:出示如课本中的挂图和模型,根据上面的结论,通电线圈在磁场中是怎样受力的?(学生回答:ab边受力向上,cd边受力向下) 提问:在这两个力的作用下,线圈怎样运动?(学生回答:线圈会转动) 提问:这个现象中能量是怎样转化的?(学生回答:电能转化为机械能) 2、引入新课 教师陈述:电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的,它将电能转化成机械能。下面我们来研究电动机是如何利用上述现象制成的,当然,我们先讨论最简单的一种电动机—直流电动机。给出直流电动机定义,并板书: 〈第六节直流电动机〉 3、进行新课 (1)使磁场中的通电线圈能连续转动的办法 很多同学可能马上想到通电线圈在磁场中不能连续转动(转到平衡位置要停下来),而实际的电动机要连续转动。怎样解决这个问题呢?(此处可告诉学生把理论用于实际需要再付出很多劳动,还可简介各国对理论应用于实际的重视,以培养学生对应用科学的兴趣)要解决这个问题,我们还得进行深入研究。 提问:在上节课的演示实验中,线圈转到平衡位置时是立即停止吗?为什么它不立即停止?(学生答:由于惯性线圈会稍转过平衡位置) 提问:转过平衡位置后,为什么它又转回来呢?(利用模型分析:转过平衡位置后,ab

无刷直流电机的组成及工作原理

无刷直流电机的组成及工作原理 2.1 引言 直流无刷电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成,电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成,而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时,控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管,进行有序换流,以驱动直流电动机。下文从无刷直流电动机的三个部分对其发展进行分析。 2.2 无刷直流电机的组成 2.2.1 电动机本体 无刷直流电动机在电磁结构上和有刷直流电动机基本一样,但它的电枢绕组放在定子上,转子采用的重量、简化了结构、提高了性能,使其可*性得以提高。无刷电动机的发展与永磁材料的发展是分不开的,磁性材料的发展过程基本上经历了以下几个发展阶段:铝镍钴,铁氧体磁性材料,钕铁硼(NdFeB)。钕铁硼有高磁能积,它的出现引起了磁性材料的一场革命。第三代钕铁硼永磁材料的应用,进一步减少了电机的用铜量,促使无刷电机向高效率、小型化、节能的方向发展。 目前,为提高电动机的功率密度,出现了横向磁场永磁电机,其定子齿槽与电枢线圈在空间位置上相互垂直,电机中的主磁通沿电机轴向流通,这种结构提高了气隙磁密,能够提供比传统电机大得多的输出转矩。该类型电机正处于研究开发阶段。 2.2.2 电子换相电路 控制电路:无刷直流电动机通过控制驱动电路中的功率开关器件,来控制电机的转速、转向、转矩以及保护电机,包括过流、过压、过热等保护。控制电路最初采用模拟电路,控制比较简单。如果将电路数字化,许多硬件工作可以直接由软件完成,可以减少硬件电路,提高其可靠性,同时可以提高控制电路抗干扰的能力,因而控制电路由模拟电路发展到数字电路。 驱动电路:驱动电路输出电功率,驱动电动机的电枢绕组,并受控于控制电路。驱动电路由大功率开关器件组成。正是由于晶闸管的出现,直流电动机才从有刷实现到无刷的飞跃。但由于晶闸管是只具备控制接通,而无自关断能力的半控性开关器件,其开关频率较低,不能满足无刷直流电动机性能的进一步提高。随着电力电子技术的飞速发展,出现了全控型的功率开关器件,其中有可关断晶体管(GTO)、电力场效应晶体管(MOSFET)、金属栅双极性晶体管IGBT 模块、集成门极换流晶闸管(IGCT)及近年新开发的电子注入增强栅晶体管(IEGT)。随着这些功率器件性能的不断提高,相应的无刷电动机的驱动电路也获得了飞速发展。目前,全控型开关器件正在逐渐取代线路复杂、体积庞大、功能指标低的普通晶闸管,驱动电路已从线性放大状态转换为脉宽调制的开关状态,相应的电路组成也由功率管分立电路转成模块化集成电路,为驱动电路实现智能化、高频化、小型化创造了条件。 2.2.3 转子位置检测电路

无刷直流电机仿真教程

基于MATLAB/SIMULINK的无刷直流电动机系统仿真 0引言 无刷直流电机(Brushless DC Motor,以下简称BLDCM),是随着电力电子技术和永磁材料的发展而逐渐成熟起来的一种新型电机。为了有效的减少控制系统的设计时间,验算各种控制算法,优化整个控制系统,有必要建立BLDCM 控制系统仿真模型。本文在BLDCM数学模型的基础上,利用MATLAB的SIMULINK和S-FUNCTION建立BLDCM的仿真模型,并通过仿真结果验证其有效性。 1无刷直流电机仿真模型 本文在MATLAB的SIMULINK的环境下,利用其丰富的模块库,在分析BLDCM数学模型的基础上,建立BLDCM控制系统仿真模型,系统结构框图如图1所示。

图1 无刷直流电机控制原理框图 以图1为基础,按照模块化建模的思想搭建的系统的仿真模型如图2所示。整个控制系统主要包括电动机本体模块、逆变器模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等。 图2 无刷直流电机控制系统仿真模型框图 1.1电动机本体模块 在整个控制系统的仿真模型中,BLDCM本体模块是最重要的部分,该模块根据BLDCM电压方程求取BLDCM三相相电流,而要获得三相相电流信号i a,i b,

i c必须首先求得三相反电动势信号e a,e b,e c,整个电动机本体模块的结果如下图3所示。电机本体模块包括反动电势求取模块,中性点求取模块,转矩计算模块和位置检测模块。 图3 电机本体模块 1.反电势求取模块 本文直接采用了SIMULINK中的Lookup Table模块,运用分段线性化的思想,直观的实现了梯形波反电动势的模拟,具体实现如图4所示。

《电动机》教案

《电动机》教案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

电动机教案 核心素养 经历制作模拟电动机的过程,增强学生动手和观察能力;通过了解物理知 识如何转化成实际技术应用,进一步提高学生学习科学技术知识和应用物理知 识的兴趣。 教学目标 知识要点课标要求 1.磁场对通电线圈的作用通过生活实例,认识电流的热效应 2.电动机的基本构造了解电动机的构造,理解电动机的工作原理及换向 器的作用 优教提示:教师登陆优教平台,发送预习任务,学生完成本节课的预习任 务,反馈预习情况。 新课引入 电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具.它可以电动骑行,亦可以脚踏骑行.电动骑行时,蓄电池对车上电动机供电,电动机为车提供动力.你知道电 动机的工作原理吗?从学生的质疑中导入新课。 合作探究 探究点一磁场对电流的作用 活动1:展示如图所示的装置,让学生猜想一下,当开关闭合后,将会观察到 什么现象学生诧异闭合开关,让学生观察实验现象根据实验现象讨论、交流产 生此现象的原因是什么 (优教提示:请打开素材“实验演示:通电导体在磁场中受力”)

师适当点拨: 现象→原因→有磁场 ↓↓↓ 导线运动→受力的作用→通电导体是磁体 归纳总结:磁场对通电导体有力的作用。 知识拓宽:并不是所有的通电直导线在磁场中都受到力的作用,当通电直导线与磁感线方向平行时,此时通电的直导线不受力的作用。 活动2:要想改变导体在磁场中的运动方向,如何操作?学生交流、讨论,发表自己的观点,师总结。 总结:改变磁场的方向;可以改变电流的方向。 活动3:根据学生的猜想,进行验证。让学生观察实验现象,讨论得出实验结论。 归纳总结:通电导线在磁场中受力方向跟电流的方向、磁感线的方向都有关;当电流方向、磁感线方向发生改变时,通电导体受力方向也发生改变。 活动4:根据实验现象,大家讨论一下,在这个装置在能量的转化是怎样的在生活中哪些用电器是利用这一原理来工作的学生交流、讨论,发表自己的观点。 归纳总结: (1)将电能转化为机械能; (2)生活中的电动车、电风扇、电动机等工作时的原理与此相同。 探究点二电动机的基本构造 活动1:一根通电直导线在磁场会受力运动,一个通电的线圈在磁场中会怎样呢?展示如图所示的装置,让同学们猜想,然后再展示。 (优教提示:请打开素材“演示视频:制作简易电动机”)

无刷直流永磁电动机设计流程和实例

无刷直流永磁电动机设计实例 一. 主要技术指标 1. 额定功率:W 30P N = 2. 额定电压:V U N 48=,直流 3. 额定电流:A I N 1< 3. 额定转速:m in /10000r n N = 4. 工作状态:短期运行 5. 设计方式:按方波设计 6. 外形尺寸:m 065.0036.0?φ 二. 主要尺寸的确定 1. 预取效率63.0='η、 2. 计算功率i P ' 直流电动机 W P K P N N m i 48.4063 .030 85.0'=?= = η,按陈世坤书。 长期运行 N i P P ?'' += 'ηη321 短期运行 N i P P ?'' += 'η η431 3. 预取线负荷m A A s /11000'= 4. 预取气隙磁感应强度T B 55.0'=δ 5. 预取计算极弧系数8.0=i α 6. 预取长径比(L/D )λ′=2

7.计算电枢内径 m n B A P D N s i i i 233 11037.110000 255.0110008.048 .401.61.6-?=?????=''''='λαδ 根据计算电枢内径取电枢内径值m D i 21104.1-?= 8. 气隙长度m 3107.0-?=δ 9. 电枢外径m D 211095.2-?= 10. 极对数p=1 11. 计算电枢铁芯长 m D L i 221108.2104.12--?=??='='λ 根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L= m 2108.2-? 12. 极距 m p D i 22 1 102.22 104.114.32--?=??==πτ 13. 输入永磁体轴向长m L L m 2108.2-?== 三.定子结构 1. 齿数 Z=6 2. 齿距 m z D t i 22 1 10733.06 104.114.3--?=??==π 3. 槽形选择 梯形口扇形槽,见下图。 4. 预估齿宽: m K B tB b Fe t t 2210294.096 .043.155 .010733.0--?=???==δ ,t B 可由 设计者经验得1.43T ,t b 由工艺取m 210295.0-? 5. 预估轭高: m B K B a K lB h j Fe i Fe j j 211110323.056 .196.0255 .08.02.222-?=????=≈Φ= δδτ

三槽无刷直流电动机

中图分类号:T M36+ 1 文献标志码:A 文章编号:100126848(2009)0320036203 三槽无刷直流电动机 吕学文,吕瑰丽,范 瑜 (北京交通大学电气工程学院,北京 100044) 摘 要:介绍了分数槽无刷直流电动机的优点,分析了三槽无刷直流电动机的特点、结构、控制系统与工作原理和控制方法等。实验结果表明,系统的硬件及控制策略设计合理,具有良好的运行性能。 关键词:无刷直流电机;反电势法;实验 Three 2teeth Slotted Brushless D i rect Curren tM otor LV Xue 2wen,LV Gui 2li,F AN Yu (Electrical Engineering School of Beijing J iaot ong University,Beijing 100044,China ) Abstract:The advantage of fracti onal sl otted brushless direct current mot or (BLDC Mot or )was intr o 2duced .Characters of three 2teeth sl otted BLDC mot or were analyzed .The structure,operati on p rinci p le and contr ol strategy of contr ol syste m were researched . It was shown that the hardware and contr ol strate 2 gy of this syste m were reas onable and good running perf or mance .Key W ords:B rushless DC mot or;Back E MF method;Ex peri m ent 收稿日期:2008203205 0 引 言 无刷直流电动机(BLDC M )既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好的特点,故在当今国民经济的诸多领域,如医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用日益普及。在有些领域,如家用小电器、电动玩具等,出于成本和制造工艺的考虑,希望所用电机越简单越好,因此三槽直流电机曾经风靡一时,但是由于传统的直流电机都采用电刷机械方法换向,因此会产生火花和电磁干扰,使电机寿命短,限制了其应用。文献[1]中提及的三槽无刷直流电机的方案给人们很大 启发。三槽无刷直流电机既具备三槽直流电机的结构简单和制造方便的特点,又可以避免其机械换向产生的火花、电磁干扰等缺点,改善了其性能,扩大了其应用领域。 1 分数槽电机 设电机总槽数为z ,极对数为p ,相数为m ,则每极每相槽数为: q =z 2m p (1) q 为整数,则为整数槽绕组;q 为分数,则为 分数槽绕组。本文所讨论的三槽无刷直流电机中, z =3,p =1,m =3,则: q = z 2m p =32×3×1=1 2 (2) 故三槽无刷直流电机属于分数槽电机的一种。采 用分数槽的主要优点是:(1)电枢冲片的齿槽数减少,便于电枢冲片和铁心的制作;(2)每个齿上绕制一个集中线圈,从而可采用自动绕线机绕制,可以显著地提高劳动生产率,降低电动机的制造成本;(3)能显著地缩短电枢线圈的端部长度,节省铜材,并减小电枢漏抗,增加电动机的出力,提高灵敏度和效率;(4)减小齿槽效应引起的转矩脉动 [2] 。 2 三槽无刷直流电动机 211 电机本体 有的应用场合,如剃须刀、录音机、小玩具、内置式血泵等,主要从电机的的体积和电磁功率两个方面去考虑电机本体的设计。从无刷直流电机的设计角度来讲,在电磁负荷一定时,电动机的体积随电动机电磁功率的增加而增加,随电动 ? 63?微电机 2009年第42卷第3期

直流电动机-教案

《直流电动机》教学设计 一、教材内容分析 本课选自义务教育教科书,北京师范大学出版社物理九年级全一册第14章,第6节《直流电动机》。前面学生已经掌握了电流周围存在磁场,磁场对通电导体有力的作用,紧接着这节课的学习就是对前面所学知识的一个应用,也是对前面所学内容的另一种诠释,这需要很好的理解掌握前面学习的理论知识,这节课进行深入加工,有着理论的依据,亲自动手操作实验,切实做到学以致用。 二、学生情况分析 初三下学期的学生,有前面几节课的知识储备,并具备一定的发现问题、分析问题、解决问题的能力,在实验操作方面也有很多的实验积累,在讨论解决方案时会有一些可行的猜想,并针对这些猜想设计可行的实验,来验证猜想是否正确。但是对于学生来说,总会有一些想法不是很严谨,需要老师的及时适当引导。 三、教学目标设计 1.知识与技能: (1)知道电动机工作的基本原理:通电线圈在磁场中受到力的作用。 (2)知道电动机工作过程中的能量转化。 (3)了解使电动机连续转动的方法,及换向器在直流电动机中的作用。 2.过程与方法: (1)经历探究电动机转动原理的过程,培养学生初步分析问题的能力。 (2)经历电动机的发明过程,培养学生动手能力和发现问题并解决问题的能力。 3.情感态度与价值观: 了解物理知识如何转变为科学技术,强化学生学以致用的意识。 四、教学内容设计:

教学重点:探究磁场对通电导体有力的作用。 教学难点:使电动机持续转动的方法。 五、教学策略分析 (一)教学方法分析: 1.协作学习法:2个学生为一组,组内同学协同完成实验任务。 2.任务驱动法:学生们经历电动机的发展历程,随着电动机发展过程中问题的产生,猜想解决问题的措施,针对解决措施,动手设计实验,验证猜想是否正确,方案是否可行。 3.讨论交流学习法:学生在实验操作前,交流实验方案;在实验操作过程中,讨论方法的可行性;在实验操作后,交流总结实验心得和结论。 (二)教学手段: 多媒体,实物投影,电动机的换向器工作时慢镜头视频,小型电动机模型(2个),带有换 向器的电动机模型(2个),玩具车中的电动机。

无刷直流永磁电动机设计流程和实例

无刷直流永磁电动机设计实例 一. 主要技术指标 1. 额定功率:W 30P N = 2. 额定电压:V U N 48=,直流 3. 额定电流:A I N 1< 3. 额定转速:m in /10000r n N = 4. 工作状态:短期运行 5. 设计方式:按方波设计 6. 外形尺寸:m 065.0036.0?φ 二. 主要尺寸的确定 1. 预取效率63.0='η、 2. 计算功率i P ' 直流电动机 W P K P N N m i 48.4063 .030 85.0'=?= = η,按陈世坤书。 长期运行 N i P P ?'' += 'ηη321 短期运行 N i P P ?'' += 'η η431 3. 预取线负荷m A A s /11000'= 4. 预取气隙磁感应强度T B 55.0'=δ 5. 预取计算极弧系数8.0=i α 6. 预取长径比(L/D )λ′=2

7.计算电枢内径 m n B A P D N s i i i 233 11037.110000 255.0110008.048 .401.61.6-?=?????=''''='λαδ 根据计算电枢内径取电枢内径值m D i 21104.1-?= 8. 气隙长度m 3107.0-?=δ 9. 电枢外径m D 211095.2-?= 10. 极对数p=1 11. 计算电枢铁芯长 m D L i 221108.2104.12--?=??='='λ 根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L= m 2108.2-? 12. 极距 m p D i 22 1 102.22 104.114.32--?=??==πτ 13. 输入永磁体轴向长m L L m 2108.2-?== 三.定子结构 1. 齿数 Z=6 2. 齿距 m z D t i 22 1 10733.06 104.114.3--?=??==π 3. 槽形选择 梯形口扇形槽,见下图。 4. 预估齿宽: m K B tB b Fe t t 2210294.096 .043.155 .010733.0--?=???==δ ,t B 可由 设计者经验得1.43T ,t b 由工艺取m 210295.0-? 5. 预估轭高: m B K B a K lB h j Fe i Fe j j 211110323.056 .196.0255 .08.02.222-?=????=≈Φ= δδτ

(完整版)无刷直流电动机无传感器控制方法

无刷直流电动机无传感器低成本控制方法关键词:无刷直流电动机无位置传感器控制可编程逻辑器件 1引言 无刷直流电机的无传感器控制是近年来电机驱动领域 关注的一项技术。无位置传感器控制的关键在于获得可靠 的转子位置信号,即从软、硬件两个方面间接获得可靠的 转子位置信号来代替传统的位置传感器[1~3]。采用无传感 器控制 技术的无刷电机具有结构简单、体积小、可靠性高和可维 护性强等优点,使其在多个领域内得到了充分的利用[4]。 目前对于无传感器无刷电机的控制多采用单纯依靠 DSP软件控制的方法[5],但 是由于控制算法计算量大,执行速度较慢,且DSP 成本较高,不利于以后向市场推广。同时也出现了应用于 无传感器BLDCM控制的一些专用的集成电路[6],但由于 这些芯片可扩展性和通用性较 低,而且价格昂贵,只适用于低压、小功率领域。为了扩 展无传感器BLDCM应用领域,降低其控制系统的成本, 扩充控制系统的功能,增加控制系统的灵活性,本文以 MCU+PLD方式组成控制系统的核心,利用PLD数字逻 辑功能,分担MCU 的逻辑运算压力,使MCU和PLD的 功能都得到了最大程度的发挥。对于无位置传感器 BLDCM 控制系统,本文着重分析了换相控制策略和闭环调速,最 后通过仿真和实验,验证了控制系统的合理性和可行性。 2系统的总体硬件设计 本文中所设计系统是以8位PIC单片机和 PLD构成的硬件平台,硬件结构框图如图1所示。 功率逆变电路采用三相全桥逆变结构,电机定子绕组 为Y接法,电机工作模式为三相6状态方式。在本文无传 感器控制方式中采用反电动势过零位置检测方法,位置检 测电路根据电机端电压获取3路位置信号,将信号送入 PIC单片机进 行软件移相后得到3路换相信号,由可编程逻辑 器件进行逻辑解码后输出6路驱动开关管的前极 信号,通过驱动芯片IR2233产生驱动信号以控制 各开关管的导通与关断。该系统采用速度单闭环方式,通 过改变PWM的占空比以达到调速的目的。 本文中选用Microchip 公司的单片机PIC16F874作 为控制核心,它内部有8K的FLASH 程序存储器,368字 节的数据存储器(RAM),256字节的EEPROM数据存 储器,14个中断源, 8级深度的硬件堆栈,3个定时/计数器,两个捕 捉/比较/PWM (CCP)模块,10位多通道A/D转换器 等外围电路和硬件资源⑹。这些使得运用 PIC16F874在设计硬件电路时,控制电路大大简化,可靠 性提高,调试更加方便。 PIC16F874单片机的B端口的4~7 口具有电平变 化中断的功能,利用RB5~RB7作为反电动 势的过零点检测信号的输入,如已开RB 口中断, 一旦有过零点出现(发生电平的变化)就进入RB 口中断服 务。利用CCP模块输出占空比可调的信号,可实现直流 电机调速。 3控制方法 3.1软件相移补偿 由于采用脉宽调制技术进行调速,导致无刷电 机端电压波形中存在一定的高频调制分量,因此在反电势检 测中必须采用有源低通滤波电路以滤除高频分量,避免得到 图1系统总体结构硬件框图

直流电动机教学设计

直流电动机教学设计 教案是每个老师上课必备的讲课材料,但一份好的教案,也能决定一堂课的质量。如何备好教案呢?以下文章“直流电动机教学设计”由出国留学网为您提供,希望对您有所帮助!直流电动机教学设计(一)教学目的 1.知道直流电动机的原理和主要构造。2.知道换向器在直流电动机中的作用。3.了解直流电动机的优点及其应用。 4.培养学生把物理理论应用于实际的能力。(二)教具如课本图12—10的挂图和模型,两个箭头标志(可用饮料盒铝片制作),自制直流电动机模型(参见图12—2),直流电动机原理挂图一幅,小型直流电动机一台,学生电源一台。(三)教学过程1.复习提问:上节课我们做实验给磁场中的导体通电,发现了什么?(学生回答:通电导体在磁场中受力)。提问:这个力的方向与哪两个因素有关?(学生回答之后,教师强调:改变电流方向,或改变磁感线方向,导体受力方向就随着改变) 提问:出示如课本12—10甲的挂图和模型,根据上面的结论,通电线圈在磁场中是怎样受力的?(学生回答:ab边受力向上,cd边受力向下) 提问:在这两个力的作用下,线圈怎样运动?(学生回答:线圈会转动) 提问:这个现象中能量是怎样转化的?(学生回答:电能转化为机械能) 2.引入新课教师陈述:电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的,它将电能转化成机械能。下面我们来研究电动机是如何利用上述现象制成的,当然,我们先讨论最简单的一种电动机—直流电动机。给出直流电动机定义,并板书:〈第五节直流电动机〉3.进行新课(1)使磁场中的通电线圈能连续转动的办法很多同学可能马上想到通电线圈在磁场中不能连续转动(转到平衡位置要停下来),而实际的电动机要连续转动。怎样解决这个问题呢?(此处可告诉学生把理论用于实际需要再付出很多劳动,还可简介各国对理论应用于实际的重视,以培养学生对应用科学的兴趣)要解决这个问题,我们还得进行深入研究。提问:在上节课的演示实验中,线圈转到平衡位置时是立即停止吗?为什么它不立即停止?(学生答:由于惯性线圈会稍转过平衡位置) 提问:转过平衡位置后,为什么它又转回来呢?(利用模型分析:转过平衡位置后,ab边受力仍朝上,cd边受力仍朝下,正是这一对力使线圈转回来的) 提问:要使线圈不转回来,应该在线圈刚转过平衡位置时就改变线圈的受力方向,即使线圈刚转过平衡位置就使ab边受力变为向下,cd边受力变为向上。怎样才能使线圈受力方向发生这样的改变呢? 引导学生回忆影响受力方向的两个因素,从而得出:应该在此时改变电流方向,或者改变磁感线方向。进一步引导学生分析:改变磁感线方向就是要及时交换磁极,显然这不容易做到;实际的直流电动机是靠及时改变电流方向来改变受力方向的。板书:〈1.使磁场中的通电线圈连续转动,就要每当线圈刚转过平衡位置,就改变一次电流方向。〉(2)换向器提问:怎样才能使线圈刚转过平衡位置时就及时改变电流方向呢? 让学生想办法并开展讨论,教师下去了解学生的情况并鼓励和指导。教师出示:两个半圆铝环和电刷,指出:靠这两样东西就可以解决问题。待学生思考片刻,教师出示已准备的与课本图12—12相似的模型,说明铝环与线圈的连接情况和铝环与电刷的配合过程。引出换向器的概念并板书:〈2.换向器的作用:当线圈刚转过平衡位置时,换向器能自动改变线圈中电流的方向,从而改变线圈受力方向,使线圈连续转动。〉让学生仔细观察课本图12—12,进一步弄清楚线圈转动过程,重点是甲图和丙图,回答教师填空式的提问:甲图:电流方向是a→b→c→d,受力方向是ab边受力向上,cd边受力向下,转动方向是顺时针。丙图:电流方向是d→c→b→a,受力方向是ab边受力向下,cd边受力向上,转动方向是顺时针。(3)直流电动机的构造出示:直流电动机,介绍主要构造:磁极、线圈、换向器、电刷。板书:〈3.直流电动机的构造〉演示:给直流电动机通电转动,提高学生兴趣(若时间不允许,可省些演示)。告诉学生:下节课同学们将自己装一台小直流电动机,进一步弄清楚它的有关知识。让学生阅读课文最后两个自然段,了解直流电动机的优点和应用。4.小结(略) 5.作业:(不要求笔做) (1)预习下节内容。(2)比较直流电动机和交流发电机,从原理、构造和能量转化等方面说出它们的区别。(四)说明 1.本节采用程序性的提问和讨论,启发学生弄清

无刷直流电动机的发展现状

. .. 无刷直流电动机的发展现状 无刷直流电动机的发展现状:无刷电动机的诞生标志是1955年美国D.Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段,是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后,国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究,先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来,随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展,无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机,而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用,但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷,可靠性差,需要经常维护;换相时产生电磁干扰,噪声大,影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相带来的缺点,以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955年美国D.Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利,标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段,是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后,国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究,先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来,随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展,无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机,而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性,且结构简单、运行可*、易于控制。其应用从最初的军事工业,向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。 在结构上,与有刷直流电动机不同,无刷直流电动机的定子绕组作为电枢,励磁绕组由永磁材料所取代。按照流入电枢绕组的电流波形的不同,直流无刷电动机可分为方波直流电动机(BLDCM)和正弦波直流电动机(PMSM),BLDCM用电子换相取代了原直流电动机的机械换相,由永磁材料做转子,省去了电刷;而PMSM则是用永磁材料取代同步电动机转子中的励磁绕组,省去了励磁绕组、滑环和电刷。在相同的条件下,驱动电路要获得方波比较容易,且控制简单,因而BLDCM的应用较PMSM要广泛的多。 无刷直流电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成,电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成,而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时,控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管,进行有序换流,以驱动直流电动机。

直流电机教案汇总

教案编号 1 课题直流电动机的结构授课人课型 课时 2 教具 原设计者授课时间 教学目标1.掌握直流电机的结构 2.了解直流电动机的优缺点。 教学重点直流电机的结构 教学难点直流电机的结构 教学过程(复习提问、精讲设计、课前或中预习内容及要求、设计当堂测试和作业、随堂小结等)第一课时授课时间 第一节直流电机 直流发电机与直流电动机在理论上是可逆的。应用于起重、运输机械、传动机构、精密机械、自动控制系统和电子电器、日常电器中。 一、直流电机的构造 (一)定子 定子由机座、主磁极、换向磁极、电刷组件组成,如图所示。 定子的横剖平面图如图所示。

1.机座 用铸钢或铜板焊成,用作支撑和保护整机结构,同时又是电机磁路的一部分,有良好的导磁性能和机械强度。 2.主磁极 由铁心和励磁绕组组成。铁心由极身和极靴两部分组成,铁心由1~1.5mm厚的钢板叠压而成如图所示。 励磁绕组绕在铁心外面,主磁极的作用是在励磁绕组中通入励磁电流时产生主磁通。当励磁绕组通入直流电时,铁心就成为一个有固定极性的磁极。 3.换向磁极 换向磁极的作用是为了改善换向性能,减小换向火花,削弱电枢磁场。换向磁极与转子间气隙较大,涡流较小,可用整块钢制成。其上的绕组一般与电枢绕组串联,用横截面较大的铜导线绕制。 换向磁极与主磁极数量相等或为其一半,顺着转子旋转的方向排列顺序是:N,N’,S,S’ 4.电刷组件 电刷组件由电刷、刷握、刷杆、刷杆座及压紧弹簧组成,如图所示。 电刷内有用细铜丝编织成的刷辫与外电路导通 作用:与换向器配合,连接静止的外电路和转动的电枢电路。

板书设计(第一课时) 一、直流电机的构造 (一)定子 1.机座 2.主磁极 3.换向磁极 4.电刷组件 教学后记(各班级授课时间、缺席名单及原因;学生辅导;偶发事件处理;教学反思等) 1、对主磁极和换向磁极概念模糊 2、对电刷的作用不太理解 教学过程(复习提问、精讲设计、课前或中预习内容及要求、设计当堂测试和作业、随堂小结等)第二课时授课时间 复习提问:直流电动机的定子结构及各部分的作用 (二)电枢 电枢又称转子,作用是在励磁磁场作用下,产生感应电动势和电磁转矩,实现电能与机械能之间的转换。其结构如图所示。 1.电枢铁心 电机磁路的另一部分,为减小涡流由硅钢片叠压而成。在电区外缘有嵌放绕组的铁心槽,整个铁心固定在转动轴上,随轴一起转动。 2.电枢绕组

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