直流無刷電動(dòng)機(jī)原理與控制
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圖9 起動(dòng)電流的限制
三相Y聯(lián)結(jié)電路
三相半控電路結(jié)構(gòu)簡單，但電動(dòng)機(jī)本體的利用率很低，每個(gè)繞組只通電1/3周期，沒有得到充分的利用，而且在運(yùn)行中轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大。在要求較高的場合，一般均采用如圖10所示的三相全控電路。三相全控電路有兩兩換相和三三換相兩種方式
圖10 三相全控電路
在該電路中，電動(dòng)機(jī)的三相繞組為Y聯(lián)結(jié)。如采用兩兩通電方式，當(dāng)電流從功率管VF1和VF2導(dǎo)通時(shí)，電流從VF1流入A相繞組，再從C相繞組經(jīng)VF2流回到電源。如果認(rèn)定流入繞組的電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正，那么從繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為負(fù)，他們合成的轉(zhuǎn)矩大小為
，方向在Ta和-Tc角平分線上。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過60度后，由VF1VF2通電換成VF2VF3通電。這時(shí)，電流從VF3流入B相繞組，再從C相繞組流出經(jīng)VF2回到電源，此時(shí)合成的轉(zhuǎn)矩大小同樣為
。但合成轉(zhuǎn)矩T的方向轉(zhuǎn)過了60度電角度。而后每次換相一個(gè)功率管，合成轉(zhuǎn)矩矢量方向就隨著轉(zhuǎn)過60度電角度。所以，采用三相Y聯(lián)結(jié)全控電路兩兩換相方式，合成轉(zhuǎn)矩增加了
倍。每隔60度電角度換相一次，每個(gè)功率管通電120度，每個(gè)繞組通電240度，其中正向通電和反向通電各120度。其輸出轉(zhuǎn)矩波形如圖11所示。從圖中可以看出，三相全控室的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比三相半控時(shí)小，從0.87Tm到Tm 。
圖11 全控橋輸出波形圖
三三通電方式，這種通電的順序?yàn)閂F1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3。當(dāng)VF6VF1VF2導(dǎo)通時(shí)，電流從VF1管流入A相繞組，經(jīng)B和C相繞組分別從VF6和VF2流出。經(jīng)過60度電角度后，換相到VF1VF2VF3通電，這時(shí)電流分別從VF1和VF3流入，經(jīng)A和B相繞組再流入C相繞組，經(jīng)VF2流出。在這種通電方式里，每瞬間均有三個(gè)功率管通電。每隔60度換相一次，每次有一個(gè)功率管換相，每個(gè)功率管通電180度。合成轉(zhuǎn)矩為1.5Ta.
三相Δ聯(lián)結(jié)電路也可以分為兩兩通電和三三通電兩種控制方式。
兩兩通電方式的通電順序是VF1VF2、VF2VF3、VF3VF4、VF4VF5、VF5VF6、VF6VF1、VF1VF2，當(dāng)VF1VF2導(dǎo)通時(shí)，電流從VF1流入，分別通過A相繞組和B、C兩相繞組，再從VF2流出。這時(shí)繞組的聯(lián)結(jié)是B、C兩相繞組串聯(lián)后再通A相繞組并聯(lián)，如果假定流過A相繞組的電流為I，則流過B、C相繞組的電流分別為I/2。這里的合成轉(zhuǎn)矩為A相轉(zhuǎn)矩的1.5倍。
三三通電方式的順序是VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3，當(dāng)VF6VF1VF2通電時(shí)，電流從VF1管流入，同時(shí)經(jīng)A和B相繞組，再分別從VF6和VF2管流出，C相繞組則沒有電流通過，這時(shí)相當(dāng)于A、B兩相繞組并聯(lián)。這時(shí)相當(dāng)于A、B兩繞組并聯(lián)，合成轉(zhuǎn)矩為A相轉(zhuǎn)矩的
倍。
直流無刷電動(dòng)機(jī)的微機(jī)控制
圖12示出采用8751單片機(jī)來控制直流無刷電動(dòng)機(jī)的原理框圖。8751的P1口同7406反相器聯(lián)結(jié)控制直流無刷電動(dòng)機(jī)的換相，P2口用于測量來自于位置傳感器的信號(hào)H1、H2、H3，P0口外接一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
圖12 直流無刷電動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)控制原理圖
換相的控制
根據(jù)定子繞組的換相方式，首先找出三個(gè)轉(zhuǎn)子磁鋼位置傳感器信號(hào)H1、H2、H3的狀態(tài)，與6只功率管之間的關(guān)系，以表格形式放在單片機(jī)的EEPROM中。8751根據(jù)來自H1、H2、H3的狀態(tài)，可以找到相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通的功率管，并通過P1口送出，即可實(shí)現(xiàn)直流無刷電動(dòng)機(jī)的換相。
起動(dòng)電流的限制
主回路中串入電阻R13，因此Uf=R13*IM，其大小正比于電動(dòng)機(jī)的電流IM。而Uf和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓U0分別送到LM324運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端，一但反饋電壓大于Uf大于來自數(shù)模轉(zhuǎn)換的給定信號(hào)U0，則LM324輸出低電平，使主回路中3只功率管VF4、VF6、VF2不能導(dǎo)通，從而截?cái)嘀绷鳠o刷電動(dòng)機(jī)定子繞組的所有電流通路，迫使電動(dòng)機(jī)電流下降，一旦電流下降到使Uf小于U0，則LM324輸出回到高電平。主回路又具備導(dǎo)通能力，起到了限制電流的作用。
轉(zhuǎn)速的控制
在直流無刷電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的過程中，只要通過控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓U0，就可控制直流無刷電動(dòng)機(jī)的電流，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的電流。即8751單片機(jī)通過傳感器信號(hào)的周期，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并把它同給定轉(zhuǎn)速比較，如高于給定轉(zhuǎn)速，則減小P2口的輸出數(shù)值，降低電動(dòng)機(jī)電流，達(dá)到降低其轉(zhuǎn)速的目的。反之，則增大P2口的輸出數(shù)值，進(jìn)而增大電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
PWM控制的實(shí)現(xiàn)
轉(zhuǎn)速控制也可以通過PWM方式來實(shí)現(xiàn)。圖13和圖14為PWM控制實(shí)現(xiàn)直流無刷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。
圖13 PWM控制原理圖
圖14 PWM控制原理圖
直流無刷電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，通過改變換相次序來改變其轉(zhuǎn)動(dòng)方向。具體做法只需要更換一下?lián)Q相控制表。
變結(jié)構(gòu)控制的實(shí)現(xiàn)
當(dāng)直流無刷電動(dòng)機(jī)處于起動(dòng)狀態(tài)或在調(diào)整過程中，采用直流無刷電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行模式，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)相應(yīng)的快速性，一旦電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速到了給定值附近，馬上把它轉(zhuǎn)入同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，以保證其穩(wěn)速精度。這時(shí)計(jì)算機(jī)只需要按一定頻率控制電動(dòng)機(jī)的換相，與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)在通過位置傳感器的信號(hào)周期，來測量其轉(zhuǎn)速大小，并判斷它是否跌出同步。一旦失布，則馬上轉(zhuǎn)到直流無刷電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，并重新將其拉入同步。
圖15 直流無刷電動(dòng)機(jī)的變結(jié)構(gòu)控制
評(píng)論