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無刷直流電動機控制系統(tǒng)設計-在線瀏覽

2025-05-02 03:49本頁面
  

【正文】 ??? ( 12) 1eK C ??? ( 13) 從機械特性和調(diào)節(jié)特性可以看 出,無刷直流電動機與一般直流電動機一樣,具有良好的調(diào)速控制性能,可以通過調(diào)節(jié)電源電壓實現(xiàn)無級調(diào)速。 三、 工作特性 電樞電流與輸出轉矩的關系、效率輸出轉矩的關系如圖 15所示。 第五節(jié) 無刷直流電動機的應用與研究動向 現(xiàn)階段,雖然各種交流電動機和直流電動機在傳動應用中占主導地位,但無刷直流電動機正受到普遍的關注。尤其在節(jié)能已成為時代主題的今天,無刷直流電機高效率的特點更顯示了其巨大的應用價值。由于稀土永磁材料的矯頑力高 、剩磁大,可產(chǎn)生很大的氣隙磁通,這樣可以大大縮小轉子半徑,減小轉子的轉動慣量, 8 因而在要求有良好的靜態(tài)特性和高動態(tài)響應的伺服驅動系統(tǒng)中,如數(shù)控機床、機器人等應用中,無刷直流電機比交流伺服電機和直流伺服電機顯示了更多的優(yōu)越性。 目前,無刷直流電機的研究主要集中在以下方面: 1. 無機械式轉子位置傳感器控制。在很多應用場合,例如空調(diào)器和計算機外設都要求無刷直流電動機以無轉子位置傳感器方式運行。 2. 定子三次諧波檢測法。 但現(xiàn)有方法都存在各自的局限性,仍在不斷完善之中。 存在轉矩脈動是無刷直流電動機的固有缺點,特別是隨著轉速升高,換相導致轉矩脈動加劇,并使平均轉矩顯著下降。 2. 智能控制。目前,專家系統(tǒng)、模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制是三個最主要的理論和方法。 9 第二章 無刷直流電動機控制系統(tǒng)設計方案 第一節(jié) 無刷直流電動機系統(tǒng)的組成 無刷直流電動機 (Brushless DC Motor,簡稱 BLDCM)是一種典型的機電一體化產(chǎn)品 ,它是由電動機本體、位置檢測器、逆變器和控制器組成的自同步電動機系統(tǒng)或自控式變頻同步電動機 .位置檢測器檢測轉子磁極的 位置信號 ,控制器對轉子位置信號進行邏輯處理并產(chǎn)生相應的開關信號 ,開關信號以一定的順序觸發(fā)逆變器中的功率開關器件 ,將電源功率以一定的邏輯關系分配給電動機定子各相繞組 ,使電動機產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉矩。 一、 電機本體 無刷直流電動機最初的設計思想來自普通的有刷直流電動機,不同的是將直流電動機的定子、轉子位置進行了互換,其轉子為永磁結構,產(chǎn)生氣隙磁通;定子為電樞,有多相對稱繞組。所以無刷直流電動機的電機本體實際 上是一種永磁同步電機。 定子的結構與普通同步電動機或感應電動機相同,鐵心中嵌有多相對稱繞組。 二、 逆變器 目前,無刷直流電動機的逆變器主開關一般采用 IGBT或功率 MOSFET等全控型器件,有些主電路已有集成的功率模塊( PIC)和智能功率模塊( IPM),選用這些模塊可以提高系統(tǒng)的可靠性。不同的組合使電動機產(chǎn)生不同的性能和成本。 10 與普通直流電動機不同,無刷直流電動機的繞組是斷續(xù)通電的。從這個角度來看,三相繞組優(yōu)于四相和五相繞組。 無刷直流電動機的輸出轉矩脈動比普通直流電動機的轉矩脈動大。 3. 電路成 本。橋式主電路所用的開關管比半橋式多一倍,成本要高;多相電動機的逆變器結構復雜,成本也高。 三、 位置檢測器 位置檢測器的作用是檢測轉子磁極相對與定子繞組的位置信號,為逆變器提供正確的換相信息。 轉子位置傳感器也由定子和轉子兩部分組成,其轉子與電機本體同軸,以跟蹤電機本體轉子磁極的位置;其定子固定在電機本體定子或端蓋上,以檢測和輸出轉子位置信號。 在無刷直流電動機系統(tǒng)中安裝機械式位置傳感器解決了電機轉子位置的檢測問題。因此,國內(nèi)外對無刷直流電動機的無位置運行方式給予高度重視。 四、 控制器 控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心,它主要完成以下功能: 1. 對轉子位置檢測器輸出的信號、 PWM調(diào)制信號、正反轉和停車信號進行邏輯綜 11 合,為驅動電路提供各開關管的斬波信號和選通信號,實現(xiàn)電機的正反轉及停車控制。 3. 對電動機進行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié),使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能。 第二節(jié) 無刷直流電動機控 制系統(tǒng)設計方案 一、 設計方案比較 無刷直流電動機兼有直流電動機調(diào)整和起動性能好以及異步電動機結構簡單無需維護的優(yōu)點,因而在高可靠性的電機調(diào)速領域中獲得了廣泛應用。目前,數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)主要采用兩種控制方案 :一種采用專用集成電路。另一種是以微處理器為控制核心構成硬件系統(tǒng)。 電機控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心,它主要完 成以下功能 :對各種輸入信號進行邏輯綜合,為驅動電路提供各種控制信號 。實現(xiàn)短路、過流、欠壓等故障保護功能。其主要作用是在保證電動自行車正常工作的前提下,提高電機和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護電機及蓄電池,以及降低電動自行車在受到破壞時的損傷程度。該控制系統(tǒng)的缺點是智能性差,保護措施有限,系統(tǒng)升級空間小。 近幾年,國外一些大公司紛紛推出較 MC
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