永磁同步電機(jī)之永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制電路

永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制電路主要完成位置信號(hào)的譯碼、驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成、 PWM斬波信號(hào)控制、轉(zhuǎn)速檢測(cè)和控制，同時(shí)還具有過(guò)流保護(hù)、軟起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制等功能，它是電機(jī)控制器的核心。

1．轉(zhuǎn)子位置信號(hào)譯碼

轉(zhuǎn)子位置傳感器發(fā)出的位置信號(hào)經(jīng)過(guò)光禍隔離得到寬度為1800電角度的方波信號(hào)，根據(jù)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的設(shè)置情況對(duì)位置方波信號(hào)采用不同的邏輯處理，使控制電路產(chǎn)生正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

2 . PWM斬波信號(hào)控制

永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與直流電壓成正比，通過(guò)控制PWM斬波信號(hào)占空比可以方便地控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。一般采用RC振蕩電路或晶振電路產(chǎn)生鋸齒波，與轉(zhuǎn)速設(shè)定信號(hào)相比較產(chǎn)生PWM斬波信號(hào)。

3．轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)一般采用測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電編碼器，但永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)一般功率較小，不宜在軸上安裝轉(zhuǎn)速傳感器。通常利用轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)速，電機(jī)每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)尸個(gè)方波脈沖，因此方波信號(hào)的頻率與電機(jī)輸出的速度成正比?？梢岳脠D7一43所示的單穩(wěn)態(tài)測(cè)速電路檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)位置傳感沖信號(hào)送到觸發(fā)器輸人端TR，其上升觸發(fā)器輸出Q端產(chǎn)生等寬等高的脈沖，再低通濾波器后輸出一個(gè)直流電壓，該電壓幅值正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即為電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)。這種測(cè)速方法只適用于電機(jī)轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合，且轉(zhuǎn)速檢測(cè)精度較低。此外，還可根據(jù)位置傳感器信號(hào)的特點(diǎn)和單片機(jī)的運(yùn)算功能實(shí)現(xiàn)測(cè)速，以提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)精度，使電機(jī)的速度控制更加靈活。常用的測(cè)速方法有三種，分別為T(mén)法、 M法和M / T法。T法是通過(guò)霍爾信號(hào)兩個(gè)相鄰脈沖的時(shí)間間隔來(lái)確定轉(zhuǎn)速的，該方法適合于速度比較低的場(chǎng)合，當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，其準(zhǔn)確性較差。假設(shè)計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率為f，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)為p，霍爾信號(hào)相鄰兩個(gè)脈沖內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為N，則對(duì)應(yīng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為n一60f / ( NP）。M法是利用一段固定的時(shí)間間隔內(nèi)霍爾信號(hào)的脈沖數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)速的，其性能特點(diǎn)正好與T法相反，比較適于高速場(chǎng)合。假設(shè)定時(shí)時(shí)間為T(mén)，該時(shí)間段霍爾信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)為N，則對(duì)應(yīng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為n一60州（TP）。M / T法則集中了T法和M法的優(yōu)點(diǎn)，低速階段采用T法測(cè)速，高速階段采用M法測(cè)速，從而在整個(gè)速度范圍內(nèi)都有較好的準(zhǔn)確性。

4．電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制

直流電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)改變磁場(chǎng)的方向和電樞電壓的極性改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向，但這在永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中不適用。在永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中，可以通過(guò)改變電樞繞組的導(dǎo)通順序來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向，表7一9為圖7一41對(duì)應(yīng)的電機(jī)正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通順序。

5．電機(jī)的起動(dòng)

永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為零，即繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，直流母線(xiàn)電壓全部加在繞組阻抗上，導(dǎo)致起動(dòng)電流很大，危及電機(jī)和控制器的安全運(yùn)行，故一般采用限流起動(dòng)。通過(guò)圖7一41中檢測(cè)電阻Rl上的電壓信號(hào)來(lái)檢測(cè)母線(xiàn)電流，當(dāng)電流超過(guò)限定值時(shí)，封鎖逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使繞組電流通路截止，迫使繞組電流下降；當(dāng)電流低于某一值時(shí)，重新開(kāi)通逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的限流起動(dòng)。

6．變結(jié)構(gòu)控制的實(shí)現(xiàn)

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的本體結(jié)構(gòu)與調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)相同。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有起動(dòng)‘性能好、調(diào)速方便、動(dòng)態(tài)特性?xún)?yōu)良的特點(diǎn)；調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)速精確、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。因此可以采用變結(jié)構(gòu)的控制方法使電動(dòng)機(jī)具有這兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，即電機(jī)低速起動(dòng)或

調(diào)速過(guò)程中，采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；在電機(jī)進(jìn)人轉(zhuǎn)速穩(wěn)定區(qū)域后，則采用同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與供電頻率同步，使其具有高的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度。用轉(zhuǎn)子位置傳感器信號(hào)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，一旦電機(jī)失去同步，馬上轉(zhuǎn)換為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式，重新將轉(zhuǎn)子拉人同步。