论文总字数：27729字

摘 要

现如今国内外能源紧张，节能减排是头等大事，而电机作为能源消耗大头，对其节能技术的研究很有现实意义。加之中国是稀土蕴藏量名列前茅，进一步探索无刷直流电机，对我国长期发展很有助益，继而本文提出了永磁无刷直流电机( Permanent Magnet Brushless DC Motor, PMBLDCM)的概念。首先对永磁无刷直流电机做了系统的概述，如PMBLDCM现今研究热点、国内现状以及日后发展趋势，紧接着浅谈其工作原理、数学模型，并比较起动过程的控制方法，比较下来直接转矩(Direct Torque Control,DTC)因控制容易、受电机参数影响小等优势，重点对直接转矩控制展开讨论，分析其工作原理以及如何实现，利用MATLAB/SIMULINK软件对DTC控制进行研究，并总结其在起动节能过程中发挥的作用。

关键词：永磁无刷直流电机 直接转矩控制 节能

The research of energy-saving technology of permanent magnet brushless

direct current motor in the starting process

Abstract

Nowadays, the energy consumption is the main issue, so energy conservation and emissions reduction is the top priority, and the research on energy saving technology is very practical. Along with our country is one of the rare earth reserves, leading to further explore the brushless dc motor, of great help to the long-term development of our country, and then the paper puts forward the concept of permanent magnet brushless dc motor. First do a overview of the Permanent Magnet Brushless DC Motor system, such as PMBLDCM hot spot research nowadays, the domestic status quo and development trend in the future, and then discuss about its working principle, mathematical model, and the control technologies of the starting process are used in the comparison, finally, the discussion of direct torque control is discussed because of the advantages of direct torque control and small effects of motor parameters, and analyze its working principle and how to implement, using MATLAB/SIMULINK software for DTC control are studied, and its role in the process of starting and energy saving.

Keywords: Permanent Magnet Brushless DC Motor; direct torque control；energy saving

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 5

1.1 课题研究背景及意义 5

1.2 永磁无刷直流电机当今热门研究话题 5

1.2.1 转矩脉动抑制 5

1.2.2 恒功率弱磁调速 6

1.2.3 无位置传感器 6

1.2.4 控制探索 7

1.3 永磁无刷直流电机的国内现状 8

1.4 永磁无刷直流电机的应用前景 8

1.5 论文的研究方向与工作安排 9

1.5.1 论文的研究方向 9

1.5.2 论文的工作 9

第二章 PMBLDCM运行原理及数学模型 11

2.1 PMBLDCM组成结构 11

2.1.1 电机本体 11

2.1.2 逆变器 11

2.1.3 位置传感器 12

2.2 工作原理 12

2.3 数学模型 13

第三章 电机的直接转矩控制技术 17

3.1 直接转矩控制概述 17

3.1.1 直接转矩控制的理念由来 17

3.1.2 选直接转矩控制技术的缘由 17

3.1.3 直接转矩控制的优化研究 18

3.2 直接转矩控制原理 18

3.2.1 电压空间矢量 18

3.2.2 定子磁链—电压空间矢量的转换公式 20

3.2.3 电磁转矩—电压空间矢量的转换公式 21

3.3 直接转矩控制流程 22

3.3.1 磁链观测 22

3.3.2 转矩观测 24

3.3.3 磁链与转矩调节 25

3.3.4 扇区与开关表 26

3.4 基于直接转矩控制的起动过程节能技术研究 28

第四章 PMBLDCM—DTC系统仿真 31

4.1 仿真软件简介 31

4.2 仿真模型 31

4.2.1逆变器模块 32

4.2.2 相电压计算子模块 33

4.2.3 电流计算子模块 33

4.2.4 电磁转矩计算模块 34

4.2.5 转速计算与位置检测模块 35

4.3 仿真结果及分析 36

第五章 总结与展望 38

参考文献： 40

附 录 44

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

如今，能源紧张是国内外最大的热点话题，节能减排自然是头等大事。19世纪，人们成功发明电能与机械能转换的桥梁——电机以后，电机被大量应用，生活中随处可见。预估计，如今电机耗能约为年总耗电量的63%^[1]，因此提高电机机电效率刻不容缓。

早期常用直流电机，主要因为起动良好，控制方便，速度可调控范围大，以及电磁转矩、转速成线性关系^[2,3,4]。但初期，直流电机换向时，无法避免换向器、机械电刷接触，但是一旦接触，就会产生噪声、火花，电阻接触部分就会发生变化，这些问题使得早期电机的性能、调速精度受到影响^{[5, 6]}。

电力电子技术的出现及不断地探索、开发，使得直流电机能够得以结合永磁电机的优势，组成一款全新的电机——PMBLDCM。20世纪50年代中期，美国人D. Harrison为了避免换向接触，放弃机械电刷，而选用了晶体管换向电路。由此现代永磁无刷直流电机的应用拉开了序幕^[7]。PMBLDCM结构与直流电机大致类似，但其转子由永磁体构成，电枢绕组是安装在定子上。PMBLDCM使用电子换向器，因此，使用年限较长、维护容易、运行安全。此外，其转速不再受限于机械换向。

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