車用永磁發(fā)電機電子穩(wěn)壓器（驅動和保護電路設計）

車用永磁發(fā)電機電子穩(wěn)壓器（驅動和保護電路設計）,永磁,發(fā)電機,電子,穩(wěn)壓器,驅動,以及,保護,維護,電路設計 本科生畢業(yè)設計（論文）文獻綜述設計（論文）題 目：車用永磁發(fā)電機電子穩(wěn)壓器（驅動和保護電路設計）分 院： 電子信息分院 　　　　 　 專業(yè)班級： 電子 04201 姓 名： 陶偉 　 學 號： 04305092 指導教師： 劉希真 　教師職稱： 副教授 完成日期： 2008 年 3 月 10 日 溫州大學城市學院教學科研部制1一：車用永磁發(fā)電機電子穩(wěn)壓器概述汽車工業(yè)是目前國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè), 汽車發(fā)電機的發(fā)展經(jīng)歷了從直流發(fā)電機到交流有刷勵磁發(fā)電機, 再到交流無刷勵磁發(fā)電機的更新?lián)Q代。在汽車所用的電機中, 除發(fā)電機外, 幾乎所有品種的電機均有被永磁電機取代的趨勢。永磁發(fā)電機的開發(fā)研制工作目前仍在一些發(fā)達國家投入大量資金開展, 美國DEL PH I(德爾福) 公司認為, 永磁發(fā)電機將在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)電機進行開發(fā)研究工作。如何確保產(chǎn)品的可靠性, 適應使用溫度高、振動大、灰塵大等惡劣環(huán)境下長期工作, 攻克大功率發(fā)電機整流技術、穩(wěn)壓技術、磁鋼優(yōu)化設計技術、轉子結構設計等技術難關, 是面臨的一大課題。永磁發(fā)電機在應用上，從效率，結構，體積，重量上都要比勵磁發(fā)電機來的優(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格，今年國內(nèi)又推出將對汽車電子類等幾大行業(yè)進行治理?？梢妼τ谀茉吹囊笫嵌嗝粗匾?。永磁發(fā)電機的出現(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)電機的體積和重量。二：車用永磁發(fā)電機的穩(wěn)壓系統(tǒng)的歷史和現(xiàn)狀汽車工業(yè)是目前國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè), 汽車發(fā)電機的發(fā)展經(jīng)歷了從直流發(fā)電機到交流有刷勵磁發(fā)電機, 再到交流無刷勵磁發(fā)電機的更新?lián)Q代。在汽車所用的電機中, 除發(fā)電機外, 幾乎所有品種的電機均有被永磁電機取代的趨勢。永磁發(fā)電機的開發(fā)研制工作目前仍在一些發(fā)達國家投入大量資金開展, 美國DEL PH I(德爾福) 公司認為, 永磁發(fā)電機將在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)電機進行開發(fā)研究工作。如何確保產(chǎn)品的可靠性, 適應使用溫度高、振動大、灰塵大等惡劣環(huán)境下長期工作, 攻克大功率發(fā)電機整流技術、穩(wěn)壓技術、磁鋼優(yōu)化設計技術、轉子結構設計等技術難關, 是面臨的一大課題。永磁發(fā)電機在應用上，從效率，結構，體積，重量上都要比勵磁發(fā)電機來的優(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格，今年國內(nèi)又推出將對汽車電子類等幾大行業(yè)進行治理。可見對于能源的要求是多2么重要。永磁發(fā)電機的出現(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)電機的體積和重量。磁路結構和設計計算永磁發(fā)電機與電勵磁式發(fā)電機的最大區(qū)別在于它的勵磁磁場是永磁體產(chǎn)生的。永磁體在電機中既是磁源, 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, 還與永磁體的形狀和尺寸、充磁機的容量和充磁方法有關, 具體性能數(shù)據(jù)的離散性很大。而且永磁體在電機中所能提供的磁通量和磁動勢還隨磁路其余部分的材料性能、尺寸和電機運行狀態(tài)而變化。此外, 永磁發(fā)電機的磁路結構多種多樣, 漏磁路十分復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, 磁導是非線性的。這些都增加了永磁發(fā)電機電磁計算的復雜性, 使計算結果的準確度低于電勵磁發(fā)電機。因此, 必須建立新的設計概念, 重新分析和改進磁路結構和控制系統(tǒng); 必須應用現(xiàn)代設計方法, 研究新的分析計算方法, 以提高設計計算的準確度；必須研究采用先進的測試方法和制造工藝。控制問題永磁發(fā)電機制成后不需外界能量即可維持其磁場, 但也造成從外部調節(jié)、控制其磁場極為困難。這些使永磁發(fā)電機的應用范圍受到了限制。但是,隨著MOSFET、IGBT 等電力電子器件的控制技術的迅猛發(fā)展, 永磁發(fā)電機在應用中, 可以不必進行磁場控制而只進行電機輸出控制。設計時需要釹鐵硼材料、電力電子器件和微機控制三項新技術結合起來, 使永磁發(fā)電機在嶄新的工況下運行。不可逆退磁問題如果設計或使用不當, 永磁發(fā)電機在過高(釹鐵硼永磁) 或過低(鐵氧體永磁) 溫度時, 在沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應作用下, 或在劇烈的機械振動時有可能產(chǎn)生不可逆退磁, 或叫失磁, 使電機性能降低, 甚至無法使用。因而既要研究開發(fā)適合于電機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析各種不同結構形式的抗去磁能力, 以便在設計和制造時, 保證永磁式發(fā)電機不失磁。成本問題由于稀土永磁材料目前價格還比較貴, 稀土永磁發(fā)電機的成本一般比電勵磁式發(fā)電機高, 這需要用它的高性能和運行費用的節(jié)省來補償。在設計時即需根據(jù)具體使用場合的要求, 進行性能、價格的比較后決定取舍, 又要進行結構工藝的創(chuàng)新和設計優(yōu)化以降低成本。永磁發(fā)電機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, 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)電機研究的關鍵技術是在于穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，永磁發(fā)電機的使用的是永久磁鋼，因此在結構常數(shù)一定的條件下，保持發(fā)電機端電壓平均值恒定，就是要保持發(fā)電機在轉速或負載變化時輸出電壓的穩(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。當輸出電壓發(fā)生變化時， 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行放大， 然后再送到調整管的基極。如果放大電路的放大倍數(shù)比較大， 則只要輸出電壓產(chǎn)生一點微小的變化， 即能引起調整管的基極電壓發(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。基準電壓基準電壓由穩(wěn)壓管VDZ 提供，接到放大電路的同相輸入端。采樣電壓與基準電壓進行比較后， 再將二者的差值進行放大。電阻 R 的作用是保證VDZ有一個合適的工作電流。調整管調整管V T 接在輸入直流電壓U 1和輸出端的負載電阻RL之間。輸出電壓U 0 由于電網(wǎng)電壓或負載電流等的變化而發(fā)生波動時， 其變化量經(jīng)采樣、比較、放大后送到調整管的基極，使調整管的集— 射電壓也發(fā)生相應的變化， 最終調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。假設由于U 1 增大或I L 減少而導致輸出電壓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，使調整管的基極輸入電壓U BE 減小， 則調整管的集電極電流IC 隨之減小， 同時集電極電壓U CE增大，結果使輸出電壓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，實質上是通過電壓負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)壓電路的另一個優(yōu)點是允許輸出電壓在一定范圍內(nèi)進行調節(jié)。這種調節(jié)可以通過改變采樣電阻中電位器R 2 的滑動端位置來實現(xiàn)。定性地看，當R 2 的滑動端向上移動時，反饋電壓U F 增大，放大電路的差模輸入電壓減小，使調整管的U BE 減小，則U CE 增大， 于是輸出電壓U 0 減??；反之，若R 2 的滑動端向下移動，則U 0 增大。輸出電壓總的調節(jié)范圍與采樣電阻R 1 、R 2 和R3 ，3者之間的比例關系以及穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值U Z 有關。在上圖中，假設放大電5路A 是理想運放， 且工作在線性區(qū)，則可以認為其兩個輸入端“虛短”，即U+=U-，在本電路中U+=U Z，U-=U F，故U Z=UF。五：文獻[1]劉明丹.永磁發(fā)電機的電子穩(wěn)壓及可調研究[J]. 農(nóng)機化研究.2004 年 5 月;[2]陳磊 章瑋 方攸同.汽車交流發(fā)電機的穩(wěn)壓電路設計[J]. 微電機. 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