車用永磁發(fā)電機(jī)電子穩(wěn)壓器（驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)）

車用永磁發(fā)電機(jī)電子穩(wěn)壓器（驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)）,永磁,發(fā)電機(jī),電子,穩(wěn)壓器,驅(qū)動(dòng),以及,保護(hù),維護(hù),電路設(shè)計(jì) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述設(shè)計(jì)（論文）題 目：車用永磁發(fā)電機(jī)電子穩(wěn)壓器（驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)）分 院： 電子信息分院 　　　　 　 專業(yè)班級(jí)： 電子 04201 姓 名： 陶偉 　 學(xué) 號(hào)： 04305092 指導(dǎo)教師： 劉希真 　教師職稱： 副教授 完成日期： 2008 年 3 月 10 日 溫州大學(xué)城市學(xué)院教學(xué)科研部制1一：車用永磁發(fā)電機(jī)電子穩(wěn)壓器概述汽車工業(yè)是目前國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè), 汽車發(fā)電機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從直流發(fā)電機(jī)到交流有刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī), 再到交流無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的更新?lián)Q代。在汽車所用的電機(jī)中, 除發(fā)電機(jī)外, 幾乎所有品種的電機(jī)均有被永磁電機(jī)取代的趨勢。永磁發(fā)電機(jī)的開發(fā)研制工作目前仍在一些發(fā)達(dá)國家投入大量資金開展, 美國DEL PH I(德爾福) 公司認(rèn)為, 永磁發(fā)電機(jī)將在2002～ 2003年開始大批量投入生產(chǎn)使用, 國內(nèi)也開始了對永磁大功率發(fā)電機(jī)進(jìn)行開發(fā)研究工作。如何確保產(chǎn)品的可靠性, 適應(yīng)使用溫度高、振動(dòng)大、灰塵大等惡劣環(huán)境下長期工作, 攻克大功率發(fā)電機(jī)整流技術(shù)、穩(wěn)壓技術(shù)、磁鋼優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等技術(shù)難關(guān), 是面臨的一大課題。永磁發(fā)電機(jī)在應(yīng)用上，從效率，結(jié)構(gòu)，體積，重量上都要比勵(lì)磁發(fā)電機(jī)來的優(yōu)越。目前全球處于能源緊缺的情況下，對于能源的利用率就更加嚴(yán)格，今年國內(nèi)又推出將對汽車電子類等幾大行業(yè)進(jìn)行治理?？梢妼τ谀茉吹囊笫嵌嗝粗匾?。永磁發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)，一來可以在工藝上減少成本的投入，提高材料的利用率；二來增長蓄電池的壽命，并且減少發(fā)電機(jī)的體積和重量。二：車用永磁發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓系統(tǒng)的歷史和現(xiàn)狀汽車工業(yè)是目前國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè), 汽車發(fā)電機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從直流發(fā)電機(jī)到交流有刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī), 再到交流無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的更新?lián)Q代。在汽車所用的電機(jī)中, 除發(fā)電機(jī)外, 幾乎所有品種的電機(jī)均有被永磁電機(jī)取代的趨勢。永磁發(fā)電機(jī)的開發(fā)研制工作目前仍在一些發(fā)達(dá)國家投入大量資金開展, 美國DEL PH I(德爾福) 公司認(rèn)為, 永磁發(fā)電機(jī)將在2002～ 2003年開始大批量投入生產(chǎn)使用, 國內(nèi)也開始了對永磁大功率發(fā)電機(jī)進(jìn)行開發(fā)研究工作。如何確保產(chǎn)品的可靠性, 適應(yīng)使用溫度高、振動(dòng)大、灰塵大等惡劣環(huán)境下長期工作, 攻克大功率發(fā)電機(jī)整流技術(shù)、穩(wěn)壓技術(shù)、磁鋼優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等技術(shù)難關(guān), 是面臨的一大課題。永磁發(fā)電機(jī)在應(yīng)用上，從效率，結(jié)構(gòu)，體積，重量上都要比勵(lì)磁發(fā)電機(jī)來的優(yōu)越。目前全球處于能源緊缺的情況下，對于能源的利用率就更加嚴(yán)格，今年國內(nèi)又推出將對汽車電子類等幾大行業(yè)進(jìn)行治理。可見對于能源的要求是多2么重要。永磁發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)，一來可以在工藝上減少成本的投入，提高材料的利用率；二來增長蓄電池的壽命，并且減少發(fā)電機(jī)的體積和重量。磁路結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)計(jì)算永磁發(fā)電機(jī)與電勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)的最大區(qū)別在于它的勵(lì)磁磁場是永磁體產(chǎn)生的。永磁體在電機(jī)中既是磁源, 又是磁路的組成部分。永磁體的磁性能不僅與生產(chǎn)廠的制造工藝有關(guān), 還與永磁體的形狀和尺寸、充磁機(jī)的容量和充磁方法有關(guān), 具體性能數(shù)據(jù)的離散性很大。而且永磁體在電機(jī)中所能提供的磁通量和磁動(dòng)勢還隨磁路其余部分的材料性能、尺寸和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)而變化。此外, 永磁發(fā)電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)多種多樣, 漏磁路十分復(fù)雜而且漏磁通占的比例較大, 鐵磁材料部分又比較容易飽和, 磁導(dǎo)是非線性的。這些都增加了永磁發(fā)電機(jī)電磁計(jì)算的復(fù)雜性, 使計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度低于電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。因此, 必須建立新的設(shè)計(jì)概念, 重新分析和改進(jìn)磁路結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng); 必須應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法, 研究新的分析計(jì)算方法, 以提高設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確度；必須研究采用先進(jìn)的測試方法和制造工藝?？刂茊栴}永磁發(fā)電機(jī)制成后不需外界能量即可維持其磁場, 但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場極為困難。這些使永磁發(fā)電機(jī)的應(yīng)用范圍受到了限制。但是,隨著MOSFET、IGBT 等電力電子器件的控制技術(shù)的迅猛發(fā)展, 永磁發(fā)電機(jī)在應(yīng)用中, 可以不必進(jìn)行磁場控制而只進(jìn)行電機(jī)輸出控制。設(shè)計(jì)時(shí)需要釹鐵硼材料、電力電子器件和微機(jī)控制三項(xiàng)新技術(shù)結(jié)合起來, 使永磁發(fā)電機(jī)在嶄新的工況下運(yùn)行。不可逆退磁問題如果設(shè)計(jì)或使用不當(dāng), 永磁發(fā)電機(jī)在過高(釹鐵硼永磁) 或過低(鐵氧體永磁) 溫度時(shí), 在沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)作用下, 或在劇烈的機(jī)械振動(dòng)時(shí)有可能產(chǎn)生不可逆退磁, 或叫失磁, 使電機(jī)性能降低, 甚至無法使用。因而既要研究開發(fā)適合于電機(jī)制造廠使用的檢查永磁材料熱穩(wěn)定性的方法和裝置, 又要分3析各種不同結(jié)構(gòu)形式的抗去磁能力, 以便在設(shè)計(jì)和制造時(shí), 保證永磁式發(fā)電機(jī)不失磁。成本問題由于稀土永磁材料目前價(jià)格還比較貴, 稀土永磁發(fā)電機(jī)的成本一般比電勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)高, 這需要用它的高性能和運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省來補(bǔ)償。在設(shè)計(jì)時(shí)即需根據(jù)具體使用場合的要求, 進(jìn)行性能、價(jià)格的比較后決定取舍, 又要進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)優(yōu)化以降低成本。永磁發(fā)電機(jī)采用高能量的釹鐵硼和大功率控制器件制造出來的永磁發(fā)電機(jī), 體積小、重量輕、功率大、輸出效率高。三：目前研究中存在的問題汽車永磁發(fā)電機(jī)研究的關(guān)鍵技術(shù)是在于穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，永磁發(fā)電機(jī)的使用的是永久磁鋼，因此在結(jié)構(gòu)常數(shù)一定的條件下，保持發(fā)電機(jī)端電壓平均值恒定，就是要保持發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速或負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定。四：汽車永磁穩(wěn)壓系統(tǒng)的研究思路穩(wěn)壓電路采用串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路，原理圖包括4 個(gè)組成部分，如圖3 所示。采樣電阻由電阻R 1 、R 2 和R 3 組成。當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)， 采樣電阻取其變化量的一部分送到放大電路的反相輸入端。放大電路4放大電路A 的作用是將穩(wěn)壓電路輸出電壓的變化量進(jìn)行放大， 然后再送到調(diào)整管的基極。如果放大電路的放大倍數(shù)比較大， 則只要輸出電壓產(chǎn)生一點(diǎn)微小的變化， 即能引起調(diào)整管的基極電壓發(fā)生較大的變化，提高了穩(wěn)壓效果。因此，放大倍數(shù)愈大，則輸出電壓的穩(wěn)定性愈高?；鶞?zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓由穩(wěn)壓管VDZ 提供，接到放大電路的同相輸入端。采樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后， 再將二者的差值進(jìn)行放大。電阻 R 的作用是保證VDZ有一個(gè)合適的工作電流。調(diào)整管調(diào)整管V T 接在輸入直流電壓U 1和輸出端的負(fù)載電阻RL之間。輸出電壓U 0 由于電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流等的變化而發(fā)生波動(dòng)時(shí)， 其變化量經(jīng)采樣、比較、放大后送到調(diào)整管的基極，使調(diào)整管的集— 射電壓也發(fā)生相應(yīng)的變化， 最終調(diào)整輸出電壓使之基本保持穩(wěn)定?，F(xiàn)在分析串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理。假設(shè)由于U 1 增大或I L 減少而導(dǎo)致輸出電壓U 0 增大，則通過采樣以后反饋到放大電路反相輸入端的電壓U F 也按比例地增大，但其同相輸入端的電壓即基準(zhǔn)電壓U Z 保持不變，故放大電路的差模輸入電壓將減小，于是放大電路的輸出電壓減小，使調(diào)整管的基極輸入電壓U BE 減小， 則調(diào)整管的集電極電流IC 隨之減小， 同時(shí)集電極電壓U CE增大，結(jié)果使輸出電壓U 0 保持基本不變。以上穩(wěn)壓過程可簡明表示如下：U1 ↑ 或I L ↓ → U 0 ↑ → U F ↑ → U Id ↓ → U BE ↓ →IC ↓→ U CE ↑→ U 0 ↓該串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的過程，實(shí)質(zhì)上是通過電壓負(fù)反饋使輸出電壓保持基本穩(wěn)定的過程。該串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是允許輸出電壓在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)可以通過改變采樣電阻中電位器R 2 的滑動(dòng)端位置來實(shí)現(xiàn)。定性地看，當(dāng)R 2 的滑動(dòng)端向上移動(dòng)時(shí)，反饋電壓U F 增大，放大電路的差模輸入電壓減小，使調(diào)整管的U BE 減小，則U CE 增大， 于是輸出電壓U 0 減??；反之，若R 2 的滑動(dòng)端向下移動(dòng)，則U 0 增大。輸出電壓總的調(diào)節(jié)范圍與采樣電阻R 1 、R 2 和R3 ，3者之間的比例關(guān)系以及穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值U Z 有關(guān)。在上圖中，假設(shè)放大電5路A 是理想運(yùn)放， 且工作在線性區(qū)，則可以認(rèn)為其兩個(gè)輸入端“虛短”，即U+=U-，在本電路中U+=U Z，U-=U F，故U Z=UF。五：文獻(xiàn)[1]劉明丹.永磁發(fā)電機(jī)的電子穩(wěn)壓及可調(diào)研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究.2004 年 5 月;[2]陳磊 章瑋 方攸同.汽車交流發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)[J]. 微電機(jī). 2007 年第 40卷第 3 期;[3]：B. J. Chalmers. Influence of saturation in brushless permanentmagnetmotor drives[ J ]. IEE ProceedingsB, Electric PowerAp2p lications, 1992, 139 (1) : 51～52