直流电机调速电路发展、现状以及前景综述.docx

直流电机调速电路发展、现状以及前景综述 直流电机调速电路是现代工业生产中不可或缺的一部分，随着生产工艺和产品质量的提高，对自动调速系统的需求也在增加。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，易于在大 X 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，满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求。 直流电机的发展可以追溯到 1831 年法拉第发现电磁感应现象，奠定了现代电机的理论根底。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——换向器构造的机械接触装置，人们曾经对此做过长期的探索。早在 1915 年，美国人 Langmil 创造了控制栅极.zl 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，但这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。 科学技术的迅猛开展，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，它由功率放大局部、信号检测局部、磁极体和晶体管开关电路等所组成。 无刷直流电机的工作原理是：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。但是，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；由于信号电势的前沿陡度不大，晶体管的功耗大。 为了抑制这些弊端，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，但前者构造复杂，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开展开辟了新的途径。 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.zl 式位置传感器。半导体技术的飞速开展，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置传感器的同时，人们试图寻求一种没有附加位置传感器构造的无刷直流电机。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；在此根底上，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构造的复杂性，特别适合于小尺寸、小容量无刷直流电机。80 年代以后，随着微机技术的快速开展，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，开展速度很快，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很大的改进。现在，无刷直流电机已经广泛应用于金属切削机床、造纸机等需要高性能可控电力拖动的领域，满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求。