电动机机械特性测试仪.doc

第一章 绪 论
1.1 研究背景及问题的提出
自1831年世界上第一台电机问世以来，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之中。电动机主要类型有同步电动机，异步电动机与直流电动机三种。其容量小到几瓦大至上千万瓦。众所周知直流电动机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，但传统的直流电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并由此带来噪声、火花、无线电干扰以及使用寿命短等致命弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大地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。
永磁无刷直流电动机(PM-BLDCM: Permanent Magnet Brushless Direct Current Motor)是指无机械电刷和换向器(或集电环)的永磁直流电机，又称无换向器永磁直流电机，它是近年随着科学技术的进步，新技术新材料的不断涌现以及电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型电机，它用一套电子换向装置代替了有刷直流电动机的机械换向装置，保留了有刷直流电动机宽阔而平滑的优良调速性能，同时又克服了有刷直流电动机机械换向带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等一系列的缺点，且降低了制造成本，简化了电机维修，因此在各个领域中得到广泛应用，如:计算机的软盘驱动装置，人工智能机器人，CD机、空调器、电动交通工具乃至航空、航天航海业等。除具有有刷直流机的优点外，还具有高能量密度，高转矩惯性化高效率等特点，同时，现代电力电子技术和永磁材料的发展又为其发展提供了便利条件，因此PM-BLDCM具有很强的生命力和发展前途。早在1917年，Boliger就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。在上世纪30年代，就有人开始研制以电子换向来代替电刷机械换向的无刷直流电动机，并且取得了一定的成果。但是由于当时大功率电子器件仅处于初级发展阶段，没能找到理想的电子换相元器件，使得这种电机只能停留在实验室研究阶段，而无法推广使用。1955年，美国D.Harrison等人首次申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电动机机械电刷的专利，诞生了现代无刷电机的雏形。无刷直流电机真正进入实用阶段应从1978年开始，当时原西德MANNESMANN公司的Indramat分部在汉诺威贸易博览会上，正式推出MAC经典无刷直流电机及其驱动器。
70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多新型的高性能半导体功率器件，如GTRMOSFET IGBT等相继出现，以及高性能永磁材料，如杉钻、钱铁硼等的问世，为无刷直流电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。二十世纪80年代在国际上对永磁无刷电机开展了深入的研究，先后研制成方波和正弦波无刷直流电机。目前，无刷直流电机在国际上已得到较为充分的发展。我国无刷直流电机的研制上作始于二十世纪70年代初期，主要集中在一些科研院所和高等院校。限于我国元器件水平及相关理论与实践相结合的程度还比较低，尤其是制造工艺和加工设备距离国际水准差距较大，所以目前我国无刷电机综合水平仍低于国际水平，有待进一步的研究和开发[1][2]。
由于永磁无刷直流电动机既具备感应电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机调速性能好，以及永磁电动机运行效率高、无励磁损耗等诸多特点，故在当今国民经济各个领域的应用日益普及。