直流無(wú)刷電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)2012

1、第五章第五章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn): 機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線(xiàn)性度好，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大，控制方法簡(jiǎn)機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線(xiàn)性度好，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大，控制方法簡(jiǎn)單。單。 缺點(diǎn)缺點(diǎn):是有換向器和電刷。是有換向器和電刷。 交流伺服電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)交流伺服電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn): 是沒(méi)有換向器和電刷，維護(hù)方便，無(wú)火花，無(wú)電磁干擾，能是沒(méi)有換向器和電刷，維護(hù)方便，無(wú)火花，無(wú)電磁干擾，能在惡劣的環(huán)境下可靠工作。在惡劣的環(huán)境下可靠工作。 缺點(diǎn)缺點(diǎn):控制比直流伺服電機(jī)要復(fù)雜的多；要想實(shí)現(xiàn)力矩控制，控制比直流伺服電機(jī)要復(fù)雜的多；要想實(shí)現(xiàn)力矩控制，必須有角位置傳感器，以測(cè)量必須有角位置傳感器，以測(cè)量d

2、-q坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角；反電勢(shì)必坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角；反電勢(shì)必須是正弦波的，這對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)及制造工藝提出了較高的要求。須是正弦波的，這對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)及制造工藝提出了較高的要求。 因此，人們很早就開(kāi)始探索直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)刷化，以使它同因此，人們很早就開(kāi)始探索直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)刷化，以使它同時(shí)具有直、交流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，時(shí)具有直、交流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)。 反電勢(shì)必須是正弦波的才能產(chǎn)生正弦電流5 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) （Brushless Direct Current Motor ,BLDC） 5.1、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、無(wú)刷直流電

3、動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)5.2、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理5.3、力矩和速度的控制、力矩和速度的控制5.4、PWM控制技術(shù)控制技術(shù)幾個(gè)術(shù)語(yǔ)解釋 極對(duì)數(shù)（ ）：電機(jī)轉(zhuǎn)子中N-S極的對(duì)數(shù)，2，3，4， 相數(shù)（ ）：電機(jī)繞組個(gè)數(shù)，3，6，12， 電角度（ ）/機(jī)械角度（ ）： 電角頻率（ ）/機(jī)械角頻率（ ）： 電角頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速（ ）： 相電壓：電機(jī)相繞組對(duì)電機(jī)中性點(diǎn)電壓 線(xiàn)電壓：電機(jī)兩相繞組之間電壓eep2mn pe pepne60dtee 由定子、轉(zhuǎn)子、檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極位置的傳感器及換相電路組成 。 定子采用疊片結(jié)構(gòu)并在槽內(nèi)鋪設(shè)繞組的方式 。 定子繞組多采用三相并以星形方式連接 。5.1、無(wú)刷

4、直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子：將永磁體貼裝在非導(dǎo)磁材料表面或鑲嵌在其轉(zhuǎn)子：將永磁體貼裝在非導(dǎo)磁材料表面或鑲嵌在其內(nèi)構(gòu)成。內(nèi)構(gòu)成。 大部分大部分BLDC采用表面安裝方式。采用表面安裝方式。 多為多為2到到3對(duì)極的。對(duì)極的。 磁性材料多采用具有高磁通密度的稀土材料，如釤磁性材料多采用具有高磁通密度的稀土材料，如釤鈷、釹鐵硼等鈷、釹鐵硼等 5.1、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)上結(jié)構(gòu)上BLDC與與PMSM有些相似，但有兩點(diǎn)不同：有些相似，但有兩點(diǎn)不同： BLDC的轉(zhuǎn)子磁極經(jīng)專(zhuān)門(mén)的磁路設(shè)計(jì)，可獲得梯形波的氣的轉(zhuǎn)子磁極經(jīng)專(zhuān)門(mén)的磁路設(shè)計(jì)，可獲得梯形波的氣隙磁場(chǎng)。而隙磁場(chǎng)。而 PM

5、SM的的氣隙磁場(chǎng)是正弦波的。氣隙磁場(chǎng)是正弦波的。 BLDC的定子繞組結(jié)構(gòu)使之產(chǎn)生的反電勢(shì)是梯形波的。而的定子繞組結(jié)構(gòu)使之產(chǎn)生的反電勢(shì)是梯形波的。而 PMSM繞組繞組結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生正弦型的反電勢(shì)。產(chǎn)生正弦型的反電勢(shì)。PMSM定子繞組產(chǎn)生正弦型的反電勢(shì)BLDC的定子繞組產(chǎn)生的反電勢(shì)是梯形波5.1、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)如何產(chǎn)生？）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)如何產(chǎn)生？ BLDC本質(zhì)上是一種同步電機(jī)，即定子繞組通電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，吸引轉(zhuǎn)子磁極與之對(duì)準(zhǔn)，產(chǎn)生軸的運(yùn)動(dòng)。 假定電機(jī)定子為3相6極，相對(duì)應(yīng)極的兩個(gè)繞組首尾相接組成一相繞組，3相繞組星型連接。5.2、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)

6、工作原理 當(dāng)電流流過(guò)兩個(gè)繞線(xiàn)方向相同的鐵芯線(xiàn)圈時(shí)，電流當(dāng)電流流過(guò)兩個(gè)繞線(xiàn)方向相同的鐵芯線(xiàn)圈時(shí)，電流方向不同，產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也不同。方向不同，產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也不同。 假如電流從假如電流從A相繞組流進(jìn)，從相繞組流進(jìn)，從B相繞組流出，相繞組流出，A相相繞組產(chǎn)生從繞組產(chǎn)生從COM 端指向端指向A端的磁勢(shì)，端的磁勢(shì)， B相繞組產(chǎn)相繞組產(chǎn)生從生從B端指向端指向COM端的磁勢(shì)。端的磁勢(shì)。F5.2、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理6步通電順序 為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，三相繞組按按如下規(guī)則通電：為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，三相繞組按按如下規(guī)則通電： 每步三個(gè)繞組中一個(gè)繞組流入電流，一個(gè)繞組流出電流，一每步三個(gè)繞組中一

7、個(gè)繞組流入電流，一個(gè)繞組流出電流，一個(gè)繞組不導(dǎo)通；通電順序?yàn)椋簜€(gè)繞組不導(dǎo)通；通電順序?yàn)椋?1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C- 每步僅一個(gè)繞組被每步僅一個(gè)繞組被換相換相。 每步磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)每步磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)60度，每度，每6步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周。步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周。5.2、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理 隨著磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，吸引轉(zhuǎn)子磁極隨之旋轉(zhuǎn)。隨著磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，吸引轉(zhuǎn)子磁極隨之旋轉(zhuǎn)。 磁場(chǎng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)：磁場(chǎng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)：123456 磁場(chǎng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)：磁場(chǎng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)：654321 1.A+

8、B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C-5.2、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理2）如何實(shí)現(xiàn)換相？）如何實(shí)現(xiàn)換相？ 1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C- 必須換相才能實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)。必須換相才能實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)。 在無(wú)刷電機(jī)中，根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極的位置實(shí)現(xiàn)換相。在無(wú)刷電機(jī)中，根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極的位置實(shí)現(xiàn)換相。 要想根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極的位置換相，就必須知道轉(zhuǎn)子磁極的位置。要想根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極的位置換相，就必須知道轉(zhuǎn)子磁極的位置。 并不需要連續(xù)的位置信息，僅知道換相點(diǎn)的位置即可。并不需要連續(xù)的位置信息，僅知道換相點(diǎn)的位置即可

9、。 在在BLDC中，一般采用中，一般采用3個(gè)開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)子的位置。個(gè)開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)子的位置。 由其輸出的由其輸出的3位二進(jìn)制編碼去控制逆變器中位二進(jìn)制編碼去控制逆變器中6個(gè)功率管的導(dǎo)通個(gè)功率管的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)換相。實(shí)現(xiàn)換相。5.2、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器 霍爾元件霍爾元件+信號(hào)處理電路信號(hào)處理電路=霍爾傳感器霍爾傳感器 利用霍爾效應(yīng)，當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到利用霍爾效應(yīng)，當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到“動(dòng)作點(diǎn)動(dòng)作點(diǎn)”時(shí)，時(shí)，OC門(mén)輸出門(mén)輸出低電壓，稱(chēng)這種狀態(tài)為低電壓，稱(chēng)這種狀態(tài)為“開(kāi)開(kāi)”; 當(dāng)施加磁場(chǎng)達(dá)到當(dāng)施加磁場(chǎng)達(dá)到“釋放點(diǎn)釋放點(diǎn)” 使使OC門(mén)輸

10、出高電壓稱(chēng)其為門(mén)輸出高電壓稱(chēng)其為“關(guān)關(guān)” 施密特觸發(fā)器通過(guò)引入施密特觸發(fā)器通過(guò)引入“磁場(chǎng)門(mén)限磁場(chǎng)門(mén)限”消除振蕩現(xiàn)象。消除振蕩現(xiàn)象。 如果將一只霍爾傳感器安裝在靠近轉(zhuǎn)子的位置，當(dāng)轉(zhuǎn)子如果將一只霍爾傳感器安裝在靠近轉(zhuǎn)子的位置，當(dāng)轉(zhuǎn)子N極靠極靠近霍爾傳感器即磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，其輸出是導(dǎo)通狀態(tài)；近霍爾傳感器即磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，其輸出是導(dǎo)通狀態(tài)； 導(dǎo)通狀態(tài)保持直到電機(jī)旋轉(zhuǎn)使得導(dǎo)通狀態(tài)保持直到電機(jī)旋轉(zhuǎn)使得S極靠近霍爾傳感器并達(dá)到一極靠近霍爾傳感器并達(dá)到一定值時(shí)，其輸出才翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)。定值時(shí)，其輸出才翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)。 在在S-N交替變化磁場(chǎng)下，傳感器輸出波形占高、低電平各占交替變化磁場(chǎng)下，傳感

11、器輸出波形占高、低電平各占50%。 如果轉(zhuǎn)子是一對(duì)極，則電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周霍爾傳感器輸出一個(gè)周期如果轉(zhuǎn)子是一對(duì)極，則電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周霍爾傳感器輸出一個(gè)周期的電壓波形，如果轉(zhuǎn)子是兩對(duì)極，則輸出兩個(gè)周期的電壓波形。的電壓波形，如果轉(zhuǎn)子是兩對(duì)極，則輸出兩個(gè)周期的電壓波形。無(wú)刷電機(jī)中霍爾傳感器輸出波形及編碼無(wú)刷電機(jī)中霍爾傳感器輸出波形及編碼霍爾傳感器間隔霍爾傳感器間隔120度時(shí)的輸出波形及編碼度時(shí)的輸出波形及編碼 直流無(wú)刷電機(jī)中一般安裝3個(gè)霍爾傳感器，間隔120度或60度按圓周分布。 如果間隔120度，則3個(gè)霍爾傳感器的輸出波形相差120度 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180度后轉(zhuǎn)子磁極極性轉(zhuǎn)換，因此輸出信號(hào)中高、低電平各占180

12、度。 如果規(guī)定輸出信號(hào)高電平為“1”，低電平為“0”，則輸出的三個(gè)信號(hào)可用3位二進(jìn)制編碼表示。 每60度編碼改變一次?；魻杺鞲衅鏖g隔霍爾傳感器間隔60度時(shí)的輸出波形及編碼度時(shí)的輸出波形及編碼 如果3個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)間隔60度，則輸出波形相差60度電角度。 間隔120度與60度的二進(jìn)制編碼是不同的。但也是每60度電角度，編碼改變一次，輸出信號(hào)中高、低電平各占180度。111 110 100 000 001 011 111 110ABC多對(duì)轉(zhuǎn)子磁極時(shí)霍爾傳感器的輸出波形及編碼多對(duì)轉(zhuǎn)子磁極時(shí)霍爾傳感器的輸出波形及編碼 當(dāng)轉(zhuǎn)子為兩對(duì)磁極時(shí)，如轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周即360度機(jī)械角度時(shí)霍爾傳感器輸出兩個(gè)周波即720度電

13、角度。 機(jī)械角度是指電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度,由m表示； 電角度是指磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)角度，由e表示。 當(dāng)轉(zhuǎn)子為一對(duì)極時(shí)， m=e；當(dāng)轉(zhuǎn)子為n對(duì)極時(shí)， nm=e 。 例如，所示的BLDC 電機(jī)轉(zhuǎn)子有兩對(duì)磁極， 3個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)間隔60度。兩周電氣旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)于一周機(jī)械旋轉(zhuǎn)。 換相過(guò)程換相過(guò)程假定定子繞組為假定定子繞組為3相，轉(zhuǎn)子為相，轉(zhuǎn)子為2對(duì)極，對(duì)極，3個(gè)霍爾傳感器間隔個(gè)霍爾傳感器間隔 60度按圓周分布，由度按圓周分布，由6只晶體管組成的逆變器給電機(jī)供電。只晶體管組成的逆變器給電機(jī)供電。從霍爾傳感器輸出的二進(jìn)制編碼控制6個(gè)功率管的導(dǎo)通，可由邏輯電路實(shí)現(xiàn)，也可由軟件編程實(shí)現(xiàn)。 1.A+C- 2.A+B- 3.C+

14、B- 4.C+A- 5.B+A- 6. B+C- 5.3、力矩和速度的控制、力矩和速度的控制 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由電磁感應(yīng)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由電磁感應(yīng)定律分別在三相定子繞組中產(chǎn)生定律分別在三相定子繞組中產(chǎn)生三個(gè)反電勢(shì)。三個(gè)反電勢(shì)。 反電勢(shì)的大小取決于反電勢(shì)的大小取決于3個(gè)因素：個(gè)因素：轉(zhuǎn)子的角速度、由轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的角速度、由轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)和定子繞組的匝數(shù)。的磁場(chǎng)和定子繞組的匝數(shù)。 Ea=Eb=Ec=Ke 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極經(jīng)專(zhuān)門(mén)的磁路設(shè)計(jì)，可獲得梯形經(jīng)專(zhuān)門(mén)的磁路設(shè)計(jì)，可獲得梯形波的波的氣隙磁場(chǎng)氣隙磁場(chǎng)，定子采用集中整，定子采用集中整距繞組，因而距繞

15、組，因而感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)也感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)也是梯形波是梯形波的。的。 由逆變器提供與反電動(dòng)勢(shì)嚴(yán)格同由逆變器提供與反電動(dòng)勢(shì)嚴(yán)格同相的方波電流。相的方波電流。n從功率平衡的角度考慮從功率平衡的角度考慮T=EaIa+EbIb+EcIc又因?yàn)橛忠驗(yàn)镋=Ke,且在所有的時(shí)間且在所有的時(shí)間都只有兩相繞組流過(guò)相同電流，都只有兩相繞組流過(guò)相同電流， T=2KeIa可見(jiàn)，力矩與定子繞組電流成正可見(jiàn)，力矩與定子繞組電流成正比，改變電流即改變力矩。比，改變電流即改變力矩。特點(diǎn)：特點(diǎn)：定子電流為方波，反電動(dòng)勢(shì)為梯形波，且在每半個(gè)周期定子電流為方波，反電動(dòng)勢(shì)為梯形波，且在每半個(gè)周期內(nèi)，方波電流的持續(xù)時(shí)間為內(nèi)，方波電流的持續(xù)

16、時(shí)間為120電角度，梯形波反電動(dòng)勢(shì)的電角度，梯形波反電動(dòng)勢(shì)的平頂部分也為平頂部分也為120電角度，兩者應(yīng)嚴(yán)格同步。電角度，兩者應(yīng)嚴(yán)格同步。定子磁勢(shì)和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的角度關(guān)系定子磁勢(shì)和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的角度關(guān)系 按照電機(jī)統(tǒng)一規(guī)律，必須保證按照電機(jī)統(tǒng)一規(guī)律，必須保證s-r為為90度，才能取得最大度，才能取得最大轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩。 因旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是因旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是60度增量，看來(lái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這個(gè)關(guān)系。度增量，看來(lái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這個(gè)關(guān)系。 但通過(guò)適當(dāng)?shù)陌才趴蓪?shí)現(xiàn)平均但通過(guò)適當(dāng)?shù)陌才趴蓪?shí)現(xiàn)平均90度的關(guān)系。度的關(guān)系。 如果每一步都使離轉(zhuǎn)子磁極如果每一步都使離轉(zhuǎn)子磁極120度的定子磁勢(shì)所對(duì)應(yīng)的繞組度的定子磁勢(shì)所對(duì)應(yīng)的繞組導(dǎo)通，并且當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)導(dǎo)

17、通，并且當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)60度后換相，如此重復(fù)每一步，則度后換相，如此重復(fù)每一步，則可使定子磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)相差可使定子磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)相差60-120度，平均度，平均90度。度。 轉(zhuǎn)子總是朝著著能使轉(zhuǎn)子總是朝著著能使s-r減小的方向運(yùn)動(dòng)減小的方向運(yùn)動(dòng), 一直延續(xù)到一直延續(xù)到下一次換相瞬間下一次換相瞬間. 即轉(zhuǎn)子從即轉(zhuǎn)子從s-r為為120一直運(yùn)動(dòng)到一直運(yùn)動(dòng)到s-r為為60, 然后定子電流換相然后定子電流換相, 定子繞組的磁動(dòng)勢(shì)向前步定子繞組的磁動(dòng)勢(shì)向前步進(jìn)進(jìn)60. 結(jié)果結(jié)果s-r又變?yōu)橛肿優(yōu)?20, 接著轉(zhuǎn)子又朝接著轉(zhuǎn)子又朝s-r減減小的方向運(yùn)動(dòng)小的方向運(yùn)動(dòng), 如此反復(fù)如此反復(fù), 就產(chǎn)生了定子磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子

18、磁勢(shì)就產(chǎn)生了定子磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)相差相差60-120度，平均度，平均90度的關(guān)系。度的關(guān)系。5.3、力矩和速度的控制、力矩和速度的控制力矩的波動(dòng) 換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)：換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)：每次換相時(shí)，由于繞組電感的作用電流不每次換相時(shí)，由于繞組電感的作用電流不能突變，電流的過(guò)渡過(guò)能突變，電流的過(guò)渡過(guò) 程程 產(chǎn)生力矩波動(dòng)。產(chǎn)生力矩波動(dòng)。 由于轉(zhuǎn)矩存在波動(dòng)，限制了它在對(duì)速度變化比較敏感的場(chǎng)由于轉(zhuǎn)矩存在波動(dòng)，限制了它在對(duì)速度變化比較敏感的場(chǎng)合的應(yīng)用。但當(dāng)速度較高時(shí)，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)對(duì)此產(chǎn)生合的應(yīng)用。但當(dāng)速度較高時(shí)，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)對(duì)此產(chǎn)生平滑作用。平滑作用。速度的控制無(wú)刷直流電機(jī)和有刷直流無(wú)刷直流電機(jī)和有刷直流電機(jī)

19、相似，改變定子繞組電機(jī)相似，改變定子繞組電壓的幅值即能改變電機(jī)電壓的幅值即能改變電機(jī)速度。速度。但無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與永磁但無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與永磁交流同步電機(jī)一樣，實(shí)質(zhì)交流同步電機(jī)一樣，實(shí)質(zhì)上是一種同步電動(dòng)機(jī)。上是一種同步電動(dòng)機(jī)。表面上通過(guò)改變電壓控制表面上通過(guò)改變電壓控制速度，實(shí)際上速度，實(shí)際上通過(guò)改變力通過(guò)改變力矩改變電機(jī)速度，使霍爾矩改變電機(jī)速度，使霍爾傳感器發(fā)出的編碼信號(hào)傳感器發(fā)出的編碼信號(hào) 改變改變 逆變器換相的速度，逆變器換相的速度，從而改變電機(jī)的供電頻率，從而改變電機(jī)的供電頻率，保證轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與供電頻率保證轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與供電頻率同步。同步。因此是通過(guò)電壓和頻率的因此是通過(guò)電壓和頻率的協(xié)調(diào)來(lái)控

20、制轉(zhuǎn)速。協(xié)調(diào)來(lái)控制轉(zhuǎn)速。速度的控制 從電動(dòng)機(jī)本身看，它是一臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)，但是如果把它和從電動(dòng)機(jī)本身看，它是一臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)，但是如果把它和逆變器逆變器 、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器 合起來(lái)看，就象是一臺(tái)直流電合起來(lái)看，就象是一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)。動(dòng)機(jī)。 直流電機(jī)電樞里面的電流本來(lái)就是交變的，只是經(jīng)過(guò)換向直流電機(jī)電樞里面的電流本來(lái)就是交變的，只是經(jīng)過(guò)換向器和電刷才在外部電路表現(xiàn)為直流。器和電刷才在外部電路表現(xiàn)為直流。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)逆變逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器替代機(jī)械式換向器和電刷。器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器替代機(jī)械式換向器和電刷。 歷史上歷史上無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)有過(guò)交流伺服電機(jī)、梯形波交流伺無(wú)刷直流

21、電動(dòng)機(jī)有過(guò)交流伺服電機(jī)、梯形波交流伺服電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)等多種稱(chēng)呼。服電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)等多種稱(chēng)呼。 永磁交流同步電機(jī)也是通過(guò)傳感器檢測(cè)電機(jī)位置，從而改永磁交流同步電機(jī)也是通過(guò)傳感器檢測(cè)電機(jī)位置，從而改變變dq坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)速度也即電壓頻率坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)速度也即電壓頻率(磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度）來(lái)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度）來(lái)改變電機(jī)速度的。改變電機(jī)速度的。 控制系統(tǒng)也和控制系統(tǒng)也和DC系統(tǒng)一樣，要求不高時(shí)，可采用開(kāi)環(huán)調(diào)系統(tǒng)一樣，要求不高時(shí)，可采用開(kāi)環(huán)調(diào)速，要求較高時(shí)可采用速度回路和電流回路改善性能。速，要求較高時(shí)可采用速度回路和電流回路改善性能。 無(wú)論是開(kāi)環(huán)還是閉環(huán)系統(tǒng)，都必須具備轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)、發(fā)無(wú)論是開(kāi)環(huán)還是閉環(huán)系統(tǒng)

22、，都必須具備轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)、發(fā)出換相信號(hào)、調(diào)速時(shí)對(duì)直流電壓的出換相信號(hào)、調(diào)速時(shí)對(duì)直流電壓的PWM控制等基本功能?？刂频然竟δ?。速度的控制BLDC電機(jī)的速度-力矩特性曲線(xiàn) 在連續(xù)工作區(qū)，電機(jī)可被加載直至額定轉(zhuǎn)矩在連續(xù)工作區(qū)，電機(jī)可被加載直至額定轉(zhuǎn)矩Tr. 在電機(jī)起停階段，需要額外的力矩克服負(fù)載慣性。這時(shí)可在電機(jī)起停階段，需要額外的力矩克服負(fù)載慣性。這時(shí)可使其短時(shí)工作在短時(shí)工作區(qū)，只要其不超過(guò)電機(jī)峰值力矩使其短時(shí)工作在短時(shí)工作區(qū)，只要其不超過(guò)電機(jī)峰值力矩Tp且在特性曲線(xiàn)之內(nèi)即可。且在特性曲線(xiàn)之內(nèi)即可。5.4、PWM控制技術(shù) 為了使為了使BLDC 電機(jī)速度可變，必須在繞組的兩端加可變電電機(jī)速度可變，

23、必須在繞組的兩端加可變電壓。壓。 利用利用PWM控制技術(shù)，通過(guò)控制控制技術(shù)，通過(guò)控制PWM 信號(hào)的不同占空比，信號(hào)的不同占空比，則繞組上平均電壓可以被控制，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和力矩。則繞組上平均電壓可以被控制，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和力矩。 在控制系統(tǒng)中采用在控制系統(tǒng)中采用DSP或單片機(jī)時(shí)，可利用器件中的或單片機(jī)時(shí)，可利用器件中的PWM產(chǎn)生模塊產(chǎn)生產(chǎn)生模塊產(chǎn)生PWM波形。波形。 根據(jù)轉(zhuǎn)速要求設(shè)定占空比，然后輸出根據(jù)轉(zhuǎn)速要求設(shè)定占空比，然后輸出6路路PWM信號(hào)，加到信號(hào)，加到6個(gè)功率管上。個(gè)功率管上。例：由例：由dsPIC30F2010的的PWM 模塊產(chǎn)生模塊產(chǎn)生PWM信號(hào)的機(jī)制信號(hào)的機(jī)制 當(dāng)下橋臂的功

24、率管由導(dǎo)通到關(guān)斷時(shí)，上橋臂的功當(dāng)下橋臂的功率管由導(dǎo)通到關(guān)斷時(shí)，上橋臂的功率管延時(shí)一段時(shí)間再由關(guān)斷到導(dǎo)通，以防止橋臂率管延時(shí)一段時(shí)間再由關(guān)斷到導(dǎo)通，以防止橋臂直通。直通。 這個(gè)延時(shí)時(shí)間稱(chēng)為這個(gè)延時(shí)時(shí)間稱(chēng)為”死區(qū)死區(qū)”。 死區(qū)可通過(guò)編程改變。死區(qū)可通過(guò)編程改變。5.4、PWM控制技術(shù) MCPWM的的PWM時(shí)基模塊中有一個(gè)專(zhuān)用的時(shí)基模塊中有一個(gè)專(zhuān)用的16位位PTMR計(jì)計(jì)數(shù)器和一個(gè)數(shù)器和一個(gè)PTPER 數(shù)字寄存器，數(shù)字寄存器，PTMR對(duì)定時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)，對(duì)定時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)，PTPER中置入的數(shù)字確定了中置入的數(shù)字確定了PWM信號(hào)的周期。信號(hào)的周期。PTMR計(jì)計(jì)數(shù)器啟動(dòng)計(jì)數(shù)后，其計(jì)數(shù)值與數(shù)器啟動(dòng)計(jì)數(shù)后，其計(jì)數(shù)值

25、與PTPER中置入的數(shù)字值比中置入的數(shù)字值比較，兩者一致時(shí)，就輸出一個(gè)周期的較，兩者一致時(shí)，就輸出一個(gè)周期的PWM信號(hào)。改變信號(hào)。改變PTPER的值，就可以方便的改變計(jì)數(shù)的周期，這樣就可的值，就可以方便的改變計(jì)數(shù)的周期，這樣就可以以改變改變PWM波形的頻率。波形的頻率。 PWM 發(fā)生器中發(fā)生器中PDC數(shù)字寄存器中置入的數(shù)字確定了數(shù)字寄存器中置入的數(shù)字確定了PWM信號(hào)的占空比。比較器將設(shè)定的比較值信號(hào)的占空比。比較器將設(shè)定的比較值PDC*與與PTMR計(jì)數(shù)值相比較，產(chǎn)生計(jì)數(shù)值相比較，產(chǎn)生PWM波形的跳變。只要實(shí)時(shí)波形的跳變。只要實(shí)時(shí)PDC*的值，就可以改變單位周期內(nèi)高電平或者低電平的的值，就可以改

26、變單位周期內(nèi)高電平或者低電平的脈沖寬度，脈沖寬度，產(chǎn)生占空比可調(diào)的產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波形波形。 通過(guò)占空比比較產(chǎn)生的三個(gè)輸出將被分別傳輸給死區(qū)置入通過(guò)占空比比較產(chǎn)生的三個(gè)輸出將被分別傳輸給死區(qū)置入及輸出寄存器，可以在高電平變低與低電平變高之間插入及輸出寄存器，可以在高電平變低與低電平變高之間插入一段死區(qū)。以防止輸出驅(qū)動(dòng)器發(fā)生意外的直通現(xiàn)象。一段死區(qū)。以防止輸出驅(qū)動(dòng)器發(fā)生意外的直通現(xiàn)象。 特殊函數(shù)寄存器特殊函數(shù)寄存器OVDCOND中的各位中的各位 直接控制直接控制6個(gè)個(gè)PWM輸出通道。當(dāng)位為輸出通道。當(dāng)位為1時(shí)，已建立的占空比信號(hào)出現(xiàn)在該位時(shí)，已建立的占空比信號(hào)出現(xiàn)在該位所對(duì)應(yīng)的輸出通道上，當(dāng)位為