基于無(wú)刷直流電機(jī)的pwm調(diào)速系統(tǒng)研究-在線瀏覽
2024-08-07 20:45本頁(yè)面
【正文】 電機(jī)成為直流電機(jī)的主流。其應(yīng)用從最初的軍事工業(yè)，向航空航天、醫(yī)療、信息、家電以及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域迅速發(fā)展。按照流入電樞繞組的電流波形的不同，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)可分為方波直流電動(dòng)機(jī)（BLDCM）和正弦波直流電動(dòng)機(jī)（PMSM），BLDCM用電子換相取代了原直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換相，由永磁材料做轉(zhuǎn)子，省去了電刷；而PMSM則是用永磁材料取代同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁繞組，省去了勵(lì)磁繞組、滑環(huán)和電刷。 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)一般由電子換相電路、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路和電動(dòng)機(jī)本體三部分組成，電子換相電路一般由控制部分和驅(qū)動(dòng)部分組成，而對(duì)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)一般用位置傳感器來(lái)完成。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在電磁結(jié)構(gòu)上和有刷直流電動(dòng)機(jī)基本一樣，但它的電樞繞組放在定子上，轉(zhuǎn)子采用的重量、簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、提高了性能，使其可靠性得以提高。釹鐵硼有高磁能積，它的出現(xiàn)引起了磁性材料的一場(chǎng)革命。 直流無(wú)刷電機(jī)是同步電機(jī)的一種，也就是說(shuō)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)(P)影響：N=120*f / P。直流無(wú)刷電機(jī)即是將同步電機(jī)加上電子式控制(驅(qū)動(dòng)器)，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率并將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達(dá)到接近直流電機(jī)特性的方式。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種無(wú)級(jí)變速電機(jī)，它由一臺(tái)同步電機(jī)和一組逆變橋所組成。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造一般是內(nèi)藏檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置用的磁氣元件（霍爾IC）或光 學(xué)編碼器。電動(dòng)機(jī)線圈是 3 相星形結(jié)線。檢測(cè)用的磁性元件是一般使用霍爾 IC，個(gè)別高檔的直流無(wú)刷電機(jī)使用編碼器。3直流無(wú)刷電機(jī)的運(yùn)行原理和PWM調(diào)速系統(tǒng)控制特性 直流無(wú)刷驅(qū)動(dòng)器包括電源部及控制部如下圖 ：電源部提供三相電源給電機(jī)，控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻率。不論是直流電輸入或交流電輸入要轉(zhuǎn)入電機(jī)線圈前須先將直流電壓由變頻器轉(zhuǎn)成3相電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。6 個(gè)功率晶體管連接著電機(jī)，作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開(kāi)關(guān)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到霍爾IC感應(yīng)出另一組信號(hào)的位置時(shí)，控制部又再開(kāi)啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機(jī)就可以同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直到控制部決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管；要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開(kāi)啟順序相反。 上下的晶體管依一定順序交互地重復(fù) ONOFF，轉(zhuǎn)變線圈電流的方向。 以上圖的晶體管的開(kāi)關(guān)程序執(zhí)行 STEP1 時(shí)，晶體管是 Tr1 與 Tr6 為 ON 的狀態(tài)。因此，轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn) 30176。 PWM調(diào)速系統(tǒng)控制原理及特性 PWM脈寬調(diào)制原理脈寬調(diào)制器本身是一個(gè)由運(yùn)算放大器和幾個(gè)輸入信號(hào)組成的電壓比較器。加在運(yùn)算放大器反相輸入端上的有三個(gè)輸入信號(hào)。只要改變控制電壓的極性,也就改變了PWM變換器輸出平均電壓的極性,則調(diào)節(jié)了輸出脈沖電壓的寬度,輸出脈沖的寬度是和控制電壓的大小成正比的。因此，電子控制系統(tǒng)是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)不可缺少的組成部分，否則這種電機(jī)不能運(yùn)行。由圖可見(jiàn)，永磁電機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和功率電子開(kāi)關(guān)電路是最基本的組成部分。換向信號(hào)邏輯變換電路則可在控制指令的干預(yù)下，根據(jù)現(xiàn)行運(yùn)行狀態(tài)和對(duì)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，電動(dòng)、制動(dòng)，高速、低速等要求實(shí)現(xiàn)換相(觸發(fā))信號(hào)分配，導(dǎo)通相應(yīng)的功率電子開(kāi)關(guān)器件，產(chǎn)生出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行控制。該系統(tǒng)中，電機(jī)定子繞組三相Y聯(lián)結(jié)，橋式主電路為兩兩通電方式：C8051單片機(jī)P2口置成輸人口，送人位置檢測(cè)信號(hào)HHH3；P1口置成輸出口，其P1．0、P1．P1．2口經(jīng)反向驅(qū)動(dòng)門74LS06控制P溝道MOSFET VVV5柵極；P1．3 、P1．P1．5經(jīng)或非門74LS33與P0．1相或后控制N溝道帥MOSFETvvv2。電流采樣電阻Rf用于電流檢測(cè)，其上電壓信號(hào)Uf送電壓比較器LM與設(shè)定值U0相比較，控制下橋臂元件的通、斷，實(shí)現(xiàn)恒流控制或過(guò)流保護(hù)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制原理與普通直流電動(dòng)機(jī)一樣，通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)方法改變電壓大小實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。 8051控制永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)原理圖 PWM調(diào)速系統(tǒng)的分類及優(yōu)點(diǎn) PWM調(diào)速系統(tǒng)的分類(1)串電阻調(diào)速系統(tǒng)。簡(jiǎn)稱VM系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。VM系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。VM系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)進(jìn)行直流調(diào)速。由于電流波形比VM系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。（3）由于電力電子器件只工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡(jiǎn)稱PWM變換器。為順利實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車的前行與倒車，本設(shè)計(jì)采用了可逆PWM
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