無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理

1、無(wú)刷直流電機(jī)原理無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理普通直流電動(dòng)機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上， 而定子產(chǎn)生固定不動(dòng)的磁場(chǎng)。 為了使直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)， 需要通過(guò)換向器和電刷不斷改變電樞繞組中電流的方向，使兩個(gè)磁場(chǎng)的方向始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不斷旋轉(zhuǎn)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)為了去掉電刷，將電樞放到定子上 去，而轉(zhuǎn)子制成永磁體，這樣的結(jié)構(gòu)正好和普通直流電動(dòng)機(jī)相反；然而，即使這樣改變還不夠， 因?yàn)槎ㄗ由系碾姌型ㄟ^(guò)直流電后,只能產(chǎn)生不變的磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)依然轉(zhuǎn)不起來(lái)。為了使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)， 必須使定子電樞各相繞組不斷地?fù)Q相通電，這樣才能使定子磁場(chǎng)隨著轉(zhuǎn)子的位置在不斷地變化，使定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)始終保持左右的空間角，

2、產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。電動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱星形接法， 同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝 有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感 器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來(lái)控制逆變橋各功率管的通斷， 產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速 度指令和速度反饋信號(hào)，用來(lái)控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。無(wú)刷直流 電動(dòng)機(jī)的原理簡(jiǎn)圖如圖一所示：10J.主電路是一個(gè)典型的電壓型交-直-交電路，逆

3、變器提供等幅等頻5-26KHZ調(diào)制波的對(duì)稱交變矩形波。永磁體N-S交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差120。 的U、V、W方波，結(jié)合正/反轉(zhuǎn)信號(hào)產(chǎn)生有效的六狀態(tài)編碼信號(hào)：101、100、 110、010、011、001，通過(guò)邏輯組建處理產(chǎn)生 T1-T4導(dǎo)通、T1-T6導(dǎo)通、T3-T6 導(dǎo)通、T3-T2導(dǎo)通、T5-T2導(dǎo)通、T5-T4導(dǎo)通，也就是說(shuō)將直流母線電壓依次加 在 A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì) N-S 極, T1-T6功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸線在空間轉(zhuǎn)動(dòng)6

4、0電度角，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)于 60電度角空間位置，轉(zhuǎn)子在新位置上，使位置傳感 器 U、V 、W 按約定產(chǎn)生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導(dǎo)通組合，使 定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸再前進(jìn) 60電度角，如此循環(huán)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生連 續(xù)轉(zhuǎn)矩， 拖動(dòng)負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 正因?yàn)闊o(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的換向是自身產(chǎn)生的， 而 不是由逆變器強(qiáng)制換向的，所以也稱作自控式同步電動(dòng)機(jī)。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場(chǎng)軸線位置超前 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線位置， 所以不論轉(zhuǎn)子的起始位置處在何處， 電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間就會(huì) 產(chǎn)生足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 因此轉(zhuǎn)子上不需另設(shè)啟動(dòng)繞組。 由于定子磁場(chǎng)軸線可視 作同轉(zhuǎn)子軸

5、線垂直， 在鐵芯不飽和的情況下， 產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電流成 正比，這正是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電流 -轉(zhuǎn)矩特性。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩正比于繞組平均 電流； TM=Ktlav(N?M) 電動(dòng)機(jī)兩相組反 電勢(shì) 的差比于電動(dòng)機(jī)的角速 度； ELL=Ke (V)所以電動(dòng)機(jī)繞組中的平均電流為：lav=(Vm-ELL)/2Ra(A)其中，Vm= ?VDC是加在電動(dòng)機(jī)線間電壓平均值，VDC是直流母線電壓，S是調(diào)制波 的占空比， Ra 為每相繞組電阻。由此可以得到直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：Tm=S ?(VDC?Kt/2Ra) -Kt?(Ke 3 /2Ra)Kt、Ke是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)， 3為電動(dòng)機(jī) 的角速度(rad/s)

6、，所以，在一定的3時(shí)，改變占空比就可以線性地改變電動(dòng) 機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，得到與他勵(lì)支流電動(dòng)機(jī)電樞電壓控制相同的控制特性和機(jī)械特 性。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定，取決于速度指令 Vc 的高低，如果速度指令最 大值為+5V對(duì)應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速：Vc(max) o n max,那么，+5V以下任何電平即對(duì)應(yīng) 相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速n，這就實(shí)現(xiàn)了變速設(shè)定。當(dāng) Vc設(shè)定以后，無(wú)論是負(fù)載變化、電源 電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時(shí)，反饋電壓 Vfb 變小，調(diào) 制波的占空比S就會(huì)變大，電樞電流變大，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大而產(chǎn)生 加速度， 直到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止； 反之， 如果電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn) 速比指

7、令轉(zhuǎn)速高時(shí)，S減小，Tm減小。發(fā)生減速度，直至實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速 相等為止。 可以說(shuō)， 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在允許的電網(wǎng)波動(dòng)范圍內(nèi)， 在允許的過(guò)載能 力以下，其穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在 1%左右，并可以實(shí)現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn) 矩運(yùn)行。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁來(lái)源于永磁體， 所以不象異步機(jī)那樣需要從 電網(wǎng)吸取勵(lì)磁電流； 由于轉(zhuǎn)子中無(wú)交變磁通， 其轉(zhuǎn)子上既無(wú)銅耗又無(wú)鐵耗， 所以 效率比同容量異步電動(dòng)機(jī)高 10%左右，一般來(lái)說(shuō)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的能力指針 (n cos 0比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)高 12%-20%。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的， 所以不會(huì)像變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同 步電動(dòng)機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟

8、動(dòng)繞組， 也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。 中 小容量的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的永磁體， 現(xiàn)在多采用高磁能積的稀土釹鐵硼 (Nd-fe-B) 材料。因此，稀土永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的體積比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)縮小了一個(gè)機(jī) 座號(hào)。近三十年針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的研究， 歸根到底是在尋找控制異步電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法， 而無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電流或電樞的端電壓， 就是直接控制電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)矩的物理量。 過(guò)去，由于稀土永磁體價(jià)格比較高等因素， 限制了稀土永磁無(wú) 刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域， 但是隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新， 其價(jià)格已迅速下降， 例如， 我公司推出推出 BS 系列無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的售價(jià)已與異步電動(dòng)機(jī)和普通變頻器價(jià) 格之和相差

9、無(wú)幾。 稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)必將以其寬調(diào)速、 小體積、 高效率和 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點(diǎn)在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。無(wú)刷電機(jī)是指無(wú)電刷和換向器 （ 或集電環(huán) ）的電機(jī)，有稱無(wú)換向器電機(jī)。早在上世紀(jì)誕生電機(jī)的時(shí)候，產(chǎn)生 的實(shí)用性電機(jī)就是無(wú)刷形式，即交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，異步電動(dòng) 機(jī)有許多無(wú)法克服的缺陷，以致電機(jī)技術(shù)發(fā)展緩慢。本世紀(jì)中葉誕生了晶體管，因而采用晶體管換向電路 代替電刷與換向器的直流無(wú)刷電機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生了。這種新型無(wú)刷電機(jī)稱為電子換向式直流電機(jī)，它克服了 第一代無(wú)刷電機(jī)的缺陷。實(shí)用性新型無(wú)刷電機(jī)是與電子技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、自控技術(shù)以及材料科學(xué)等發(fā)展緊密聯(lián)

10、 系的。它不僅限于交直流領(lǐng)域，還涉及電動(dòng)、發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換和信號(hào)傳感等領(lǐng)域。在電機(jī)領(lǐng)域中新型無(wú)刷 電機(jī)的品種是較多的，但性能優(yōu)良的無(wú)刷電機(jī)因受到價(jià)格的限制，其應(yīng)用還不十分廣泛。下面分別就主要 的新型無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行探索與研究。1 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)與一般直流電動(dòng)機(jī)具有相同的工作原理和應(yīng)用特性，而其組成是不一樣的。除了電 機(jī)本身外，前者還多一個(gè)換向電路，電機(jī)本身和換向電路緊密結(jié)合在一起。許多小功率電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本身 是與換向電路合成一體，從外觀上看直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)完全一樣。直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本身是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換部分，它除了電機(jī)電樞、永磁勵(lì)磁兩部分外，還帶有傳 感器。電機(jī)本身是直流無(wú)刷

11、電機(jī)的核心，它不僅關(guān)系到性能指標(biāo)、噪聲振動(dòng)、可靠性和使用壽命等，還涉 及制造費(fèi)用及產(chǎn)品成本。由于采用永磁磁場(chǎng)，使直流無(wú)刷電機(jī)擺脫一般直流電機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，滿足 各種應(yīng)用市場(chǎng)的要求，并向著省銅節(jié)材、制造簡(jiǎn)便的方向發(fā)展。永磁磁場(chǎng)的發(fā)展與永磁材料的應(yīng)用密切相 關(guān)，第三代永磁材料的應(yīng)用，促使直流無(wú)刷電機(jī)向高效率、小型化、節(jié)能方向邁進(jìn)。為了實(shí)現(xiàn)電子換向必須有位置信號(hào)來(lái)控制電路。早期用機(jī)電位置傳感器獲得位置信號(hào)，現(xiàn)已逐步用 電子式位置傳感器或其它方法得到位置信號(hào)，最簡(jiǎn)便的方法是利用電樞繞組的電勢(shì)信號(hào)作為位置信號(hào)。要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制必須有速度信號(hào)。用獲得位置信號(hào)相近方法取得速度信號(hào)，最簡(jiǎn)單的速度傳 感

12、器是測(cè)頻式測(cè)速發(fā)電機(jī)與電子線路相結(jié)合。直流無(wú)刷電機(jī)的換向電路由驅(qū)動(dòng)及控制兩部分組成，這兩部分是不容易分開的，尤其小功率用電路 往往將兩者集成化成為單一專用集成電路。在功率較大的電機(jī)中，驅(qū)動(dòng)電路和控制電路可各自成為一體。驅(qū)動(dòng)電路輸出電功率，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的 電樞繞組，并受控于控制電路。目前，驅(qū)動(dòng)電路已從線性放大狀態(tài)轉(zhuǎn)成脈寬調(diào)制的開關(guān)狀態(tài)，相應(yīng)電路組 成也從晶體管分立電路轉(zhuǎn)成模塊化集成電路。模塊化集成電路有功率雙極晶體管、功率場(chǎng)效應(yīng)管和隔離柵 場(chǎng)效應(yīng)雙極晶體管等組成形式。雖然，隔離柵場(chǎng)效應(yīng)雙極晶體管價(jià)格較貴，但從可靠安全和性能角度看， 選用它還是較合適的?？刂齐娐酚米骺刂齐姍C(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、電流 （ 或

13、轉(zhuǎn)矩 ）以及保護(hù)電機(jī)的過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等。上述參 數(shù)容易轉(zhuǎn)成模擬信號(hào)，用此來(lái)控制較簡(jiǎn)單，但從發(fā)展來(lái)看，電機(jī)的參數(shù)應(yīng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過(guò)數(shù)字式控制 電路來(lái)控制電機(jī)。當(dāng)前，控制電路有專用集成電路、微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器等三種組成方式。在對(duì)電 機(jī)控制要求不高的場(chǎng)合，專用集成電路組成控制電路是簡(jiǎn)單實(shí)用的方式。采用數(shù)字信號(hào)處理器組成控制電 路是今后發(fā)展方向，有關(guān)數(shù)字信號(hào)處理器將在下面交流同步伺服電動(dòng)機(jī)中介紹。目前，在微小功率范疇直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是發(fā)展較快的新型電機(jī)。由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域需要各自獨(dú)特的 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，所以直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的類型較多。大體上有計(jì)算機(jī)外存儲(chǔ)器以及VCD 、DVD 、 CD 主軸驅(qū)動(dòng)用

14、扁平式無(wú)鐵心電機(jī)結(jié)構(gòu)，小型通風(fēng)機(jī)用外轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)，家電用多極磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)及內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)，電動(dòng) 自行車用多極、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)等等。上述直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本身和電路均成一體，使用十分方便，它的 產(chǎn)量也非常大。為了滿足大批量、低成本的市場(chǎng)需要，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)必須要形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。因此， 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是一種高投入、高產(chǎn)出的行業(yè)。同時(shí)，我們應(yīng)該考慮到市場(chǎng)也在不斷地發(fā)展，如家用空調(diào)用電機(jī)正由3A轉(zhuǎn)向3D,需要大量的中小功率的直流無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，研究和開發(fā)中小功率的直流無(wú)刷電 動(dòng)機(jī)也成當(dāng)務(wù)之急。無(wú)刷直流電機(jī)( BLDCM )是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的，但它的驅(qū)動(dòng)電流是不折不扣的交流；無(wú)刷直流電機(jī)又可以

15、分為無(wú)刷速率電機(jī)和無(wú)刷力矩電機(jī)。一般地，無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流有兩種，一種是梯形波(一般是 “方波 ”)，另一種是正弦波。有時(shí)候把前一種叫直流無(wú)刷電機(jī)，后一種叫交流伺服電機(jī)，確切 地講是交流伺服電動(dòng)機(jī)的一種。無(wú)刷直流電機(jī)為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通常采用 “細(xì)長(zhǎng) ”的結(jié)構(gòu)。無(wú)刷直流電機(jī)在重量和體積上要比有刷直流電機(jī)小的多，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以減少40%50%左右。由于永磁材料的加工問(wèn)題，致使無(wú)刷直流電機(jī)一般的容量都在 100kW 以下。這種電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便噪聲小，不存在因電刷 而引起的一系列問(wèn)題，所以這種電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。直流無(wú)刷電機(jī)的優(yōu)越

16、性直流電機(jī)具有響應(yīng)快速、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，但直流 電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)也正是它的缺點(diǎn)，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)要產(chǎn)生額定負(fù)載下恒定轉(zhuǎn)矩的性能，則電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)須 恒維持 90，這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花、碳粉因此除了會(huì)造成組 件損壞之外，使用場(chǎng)合也受到限制。交流電機(jī)沒(méi)有碳刷及整流子，免維護(hù)、堅(jiān)固、應(yīng)用廣，但特性上若要 達(dá)到相當(dāng)于直流電機(jī)的性能須用復(fù)雜控制技術(shù)才能達(dá)到。 現(xiàn)今半導(dǎo)體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多， 提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能。微處理機(jī)速度亦越來(lái)越快，可實(shí)現(xiàn)將交流電機(jī)控制置于一旋轉(zhuǎn)的兩軸直交坐標(biāo)系統(tǒng) 中，適當(dāng)控制交流電機(jī)在兩軸電流分

17、量，達(dá)到類似直流電機(jī)控制并有與直流電機(jī)相當(dāng)?shù)男阅?。此外已有很多微處理機(jī)將控制電機(jī)必需的功能做在芯片中，而且體積越來(lái)越小；像模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog-to-digital converter , ADC)脈沖寬度調(diào)制(pulse wide modulator , PWM)等。直流無(wú)刷電機(jī) 即是以電子方式控制交流電機(jī)換相，得到類似直流電機(jī)特性又沒(méi)有直流電機(jī)機(jī)構(gòu)上缺失的一種應(yīng)用。直流無(wú)刷電機(jī)的控制結(jié)構(gòu)(P)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)影響：N=120 f / P 。在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。直流

18、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。也就是說(shuō)直流無(wú)刷電機(jī)能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載 變化時(shí)仍可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。直流無(wú)刷驅(qū)動(dòng)器包括電源部及控制部如圖 (1) ：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。電源部可以直接以直流電輸入(一般為24V)或以交流電輸入(110V/220 V)，如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器 (converter) 轉(zhuǎn)成直流。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換流 器(inverter)轉(zhuǎn)成3相電壓

19、來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。換流器 (inverter) 一般由6個(gè)功率晶體管(Q1Q6)分為上臂(Q1、Q3 Q5)/下臂(Q2、Q4 Q6)連接電機(jī)作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開關(guān)?？刂撇縿t提供PWM脈沖寬度調(diào)制)決定功率晶體管開關(guān)頻度及換流器 (inverter) 換相的時(shí)機(jī)。直流無(wú)刷電機(jī)一般希望使用在當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)速度 可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會(huì)變動(dòng)太大的速度控制，所以電機(jī)內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場(chǎng)的霍爾傳感器(hall-sensor) ，做為速度之閉回路控制， 同時(shí)也做為相序控制的依據(jù)。 但這只是用來(lái)做為速度控制并不能 拿來(lái)做為定位控制。(inverter)（圖一）直流無(wú)刷電機(jī)的控制原理要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，首先控制部就必

20、須根據(jù)hall-sensor 感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子目前所在位置，然后依照定子繞線決定開啟（或關(guān)閉）換流器（inverter）中功率晶體管的順序，如 下（圖二）inverter 中之AH BHCH（這些稱為上臂功率晶體管）及AL、BL、CL（這些稱為下臂功率晶體管），使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生順 向（或逆向）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機(jī)順時(shí)/逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到hall-sensor 感應(yīng)出另一組信號(hào)的位置時(shí)，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機(jī)就可以依同 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（或只開下臂功率晶體管）；要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管

21、開啟順序相反?；旧瞎β示w管的開法可舉例如下：AH、BL 一組AH CL 一組BH CL一組BH AL 一組CH AL 一組CH BL 一組，但絕不能開成AH AL或BH BL或CH CL。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_關(guān)的響應(yīng)時(shí)間，所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯(cuò)時(shí)間要將零件的響應(yīng)時(shí)間考慮進(jìn)去，否則當(dāng)上臂（或下臂）尚未完全關(guān)閉，下臂（或上臂）就已開啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。Jn verier（圖二）當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，控制部會(huì)再根據(jù)驅(qū)動(dòng)器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令（Command與hall-sensor 信號(hào)變化的速度加以比對(duì)（或由軟件運(yùn)算）再來(lái)決定由下一組（AH、BL或AHC

22、L或BHCL或） 開關(guān)導(dǎo)通，以及導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)短。速度不夠則開長(zhǎng)，速度過(guò)頭則減短，此部份工作就由PWM來(lái)完成。PWM是決定電機(jī)轉(zhuǎn)速快或慢的方式，如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達(dá)到較精準(zhǔn)速度控制的核心。高轉(zhuǎn)速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的CLOCK分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時(shí)間，另外對(duì)于hall-sensor 信號(hào)變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、實(shí)時(shí)性。至于低轉(zhuǎn)速的速度控制尤其是低速起動(dòng)則因?yàn)榛?傳的hall-sensor 信號(hào)變化變得更慢，怎樣擷取信號(hào)方式、處理時(shí)機(jī)以及根據(jù)電機(jī)特性適當(dāng)配置控制參數(shù) 值就顯得非常重要?；蛘咚俣然貍鞲淖円詄ncoder變化為參考，使信號(hào)分辨率增加以期得到更佳的控制。電機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)順暢而且響應(yīng)良好，P丄D.控制的恰當(dāng)與否也無(wú)法忽視。之前提到直流無(wú)刷電機(jī)是閉回路控制，因此回授信號(hào)就等于是告訴控制部現(xiàn)在電機(jī)轉(zhuǎn)速距離目標(biāo)速度還差多少，這就是誤差（Error）。知道了誤差自然就要補(bǔ)償，方式有傳統(tǒng)的工程控制如P丄D.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實(shí)是復(fù)雜多變的，若要控制的堅(jiān)固耐用則要考慮的因素恐怕不