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無刷無槽直流永磁電動機驅(qū)動器技術(shù)詳解

時間:2007-11-13 15:27:00來源:songjuan

導(dǎo)語:?無刷無槽直流永磁電動機是機電一體化產(chǎn)品,必須配備專門的驅(qū)動器才能使電機正常運轉(zhuǎn)
無刷無槽直流永磁電動機是機電一體化產(chǎn)品,必須配備專門的驅(qū)動器才能使電機(一般多為星形接法)正常運轉(zhuǎn)。驅(qū)動器屬于交-直-交或直-交變換系統(tǒng),可以將該系統(tǒng)分為控制電路(包含保護(hù)電路和位置傳感電路)、驅(qū)動電路(主要指功率放大電路)、電源電路(包含(整流)濾波電路和供給系統(tǒng)用電的電源電路)。系統(tǒng)框圖如下圖。
[IMG=系統(tǒng)框圖]/uploadpic/THESIS/2007/11/20071113153420219048.jpg[/IMG]
控制電路: 控制電路通過控制驅(qū)動電路中的功率器件(常用MOSFET、IPM等),來控制無刷直流電動機的起停、轉(zhuǎn)向、剎車、轉(zhuǎn)速等功能,并可以實現(xiàn)過流、過壓、過熱等保護(hù)??刂齐娐纷畛醪捎媚M電路,控制比較簡單,實時性好。如果將控制電路數(shù)字化,許多硬件工作可以直接由軟件完成,可以減少硬件電路,提高其可靠性;可以提高控制電路抗干擾的能力;還可以提供智能化接口、豐富的控制功能及其聯(lián)動動作,以適應(yīng)不同用戶的要求,提高產(chǎn)品對市場的適應(yīng)性。目前,控制電路一般有ASIC專用集成電路、MCU單片機和DSP數(shù)字信號處理器等三種組成形式。對電機控制要求不高的場合,由專用集成電路組成控制電路是簡單實用的方法;而數(shù)字信號處理器運算速度快,外圍電路少,系統(tǒng)組成簡單,性能大大改進(jìn),有利于驅(qū)動器的小型化和智能化,適合較為復(fù)雜的控制要求,但其成本較高;單片機方案完全可以替代專用集成電路的所有功能,兼有數(shù)字化的性能,外圍電路也比較少,成本不是很高,因此有很大的應(yīng)用前景。 控制電路中的保護(hù)電路可以實現(xiàn)過流、過壓、過熱等保護(hù)功能,電路一般由硬件實現(xiàn),也可以結(jié)合軟件來實現(xiàn);現(xiàn)在的智能功率模塊(IPM)也已經(jīng)集成了部分保護(hù)電路。 位置傳感電路現(xiàn)在多使用霍爾傳感器電路,驅(qū)動器只需提供相應(yīng)電路,霍爾傳感器即可輸出電機轉(zhuǎn)子的位置信號。因霍爾傳感器體積較小,價格日益便宜,使用環(huán)境寬松,不像光電傳感器會因環(huán)境粉塵而影響其工作,因而得到廣泛使用。隨著無刷直流永磁電動機的進(jìn)一步發(fā)展,出現(xiàn)了無位置傳感器驅(qū)動器。它是檢測電機繞組的反電勢來獲得轉(zhuǎn)子的位置信號,這樣簡化了電機結(jié)構(gòu),給電機加工帶來了方便。因其在負(fù)載啟動和低速運行時,還存在一定的問題,這種驅(qū)動器只在對電機體積有非常嚴(yán)格要求、起停不是很頻繁、負(fù)載穩(wěn)定、對可靠性要求不是很高的場合使用。 驅(qū)動電路: 驅(qū)動電路是交-直-交或直-交變換系統(tǒng)的重要組成部分。它受控于控制電路,將直流電變換為三相交流電,驅(qū)動電機的電樞繞組,電樞繞組與轉(zhuǎn)子永磁體相互作用,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),將電能轉(zhuǎn)化為機械能。驅(qū)動電路由功率器件和預(yù)驅(qū)動電路組成。功率器件目前應(yīng)用較多的主要有金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和智能功率模塊(IPM),三極管因影響系統(tǒng)效率而很少被采用。預(yù)驅(qū)動電路可以用分立元件組成,現(xiàn)在也有很多廠家生產(chǎn)的集成芯片供設(shè)計選用。驅(qū)動電路多工作在開關(guān)狀態(tài),這樣采用脈寬調(diào)制(PWM)方式可以方便的實現(xiàn)對電機的調(diào)速、限流、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)等功能。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,很多大的半導(dǎo)體公司都將功率器件、預(yù)驅(qū)動電路和保護(hù)電路集成在一起,為驅(qū)動電路實現(xiàn)模塊化、智能化、高頻化、小型化創(chuàng)造了良好的條件。 濾波電路: (整流)濾波電路是將交流電整流為直流電,或者直接對輸入的直流電進(jìn)行濾波,并對驅(qū)動電路的功率器件提供換能時的充放電。它是交-直-交或直-交變換系統(tǒng)主電路的主要組成部分。目前很多產(chǎn)品在這一部分都增加了共模電感、XY電容、平波電感等,以降低EMI干擾、提高功率因素。 電源電路: 電源電路是將濾波后的直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電,供控制電路和驅(qū)動電路使用。現(xiàn)在大多數(shù)的無刷驅(qū)動器產(chǎn)品都使用集成開關(guān)電源,有很多公司的多種產(chǎn)品供設(shè)計選用;也有少數(shù)低壓無刷驅(qū)動器產(chǎn)品采用三端穩(wěn)壓器和三極管降壓來實現(xiàn)。 無刷無槽直流永磁電動機與一般的無刷直流永磁電動機在結(jié)構(gòu)上有很大的區(qū)別,這使其具有電感小、機電時間常數(shù)小、低速特性好、扭矩大、力矩波動小、過載能力強、效率高等特點,因而與其配套得驅(qū)動器必須做好相應(yīng)的控制和保護(hù)措施。

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