三相直流無刷電動機變頻控制的遠洋捕撈裝置電路設(shè)計

圖3-2 直流無刷電動機的控制原理簡圖

主電路是一個典型的電壓型交-直-交電路，逆變器提供等幅等頻5－24KHz調(diào)制波的對稱交變矩形波。永磁體N-S交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差120°的H3、H2、H1方波，從而產(chǎn)生有效的六狀態(tài)編碼信號：010、011、001、101、100、110，通過邏輯組件處理產(chǎn)生V6－V1導(dǎo)通、V5－V6導(dǎo)通、V4－V5導(dǎo)通、V3－V4導(dǎo)通、V2－V3導(dǎo)通、V1－V2導(dǎo)通，也就是說將直流母線電壓依次加在U－>V、W－>V、W－>U、V－>U、V－>W、U－>W上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對N-S極，V1、V2、V3、V4、V5、V6各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)生的磁場軸線在空間轉(zhuǎn)動60°電角度，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場轉(zhuǎn)動相當于60°電角度空間位置，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)生的磁場軸再前進60°電角度，如此循環(huán)，直流無刷電動機將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，拖動負載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

本方案采用120度方波的算法驅(qū)動IPM的內(nèi)置IGBT從而來驅(qū)動直流無刷電動機。對IGBT信號的分配必然和電動機的位置有著緊密的聯(lián)系，從BLDC的霍爾傳感器反饋回來的位置信號經(jīng)過編碼后是：010、011、001、101、100和110六種狀態(tài)，所以可以根據(jù)這六種位置狀態(tài)信息來分配IGBT的驅(qū)動信號。在這里我們優(yōu)先選用了IGBT的上橋臂用分配PWM信號，下橋臂分配高低電平的驅(qū)動方式，所以可以通過改變上橋臂PWM的占空比來改變加在直流無刷電動機上的端電壓。信號分配和位置關(guān)系如圖3-3所示。

圖3-3 轉(zhuǎn)子位置驅(qū)動信號關(guān)系

其中：V1、V2、V3、V4、V5和V6表示IGBT組成的三相全控橋電路，上橋的V1、V3和V5三個功率管，下橋的V2、V4和V6三個功率管，分別控制這U、V和W三相直流電的流向，如圖1－1所示連接方式。H1、H2和H3是霍爾傳感器的三個信號出線。

如果正轉(zhuǎn)的位置信號和驅(qū)動信號的關(guān)系如圖2所示：010（H3 H2 H1）V6－V1、011（H3 H2 H1）V5－V6、001（H3 H2 H1）V4－V5、101（H3 H2 H1）V3－V4、100（H3 H2 H1）V2－V3、110（H3 H2 H1）V1－V2的順序來換流的話，那幺我們可以同樣根據(jù)位置信號給出反轉(zhuǎn)時驅(qū)動信號的換流關(guān)系。即：001（H3 H2 H1）V1－V2、011（H3 H2 H1）V2－V3、010（H3 H2 H1）V3－V4、110（H3 H2 H1）V4－V5、100（H3 H2 H1）V5－V6、101（H3 H2 H1）V6－V1。具體電機的相序一定要搞清楚，如果換流不對或不當?shù)脑捴绷鳠o刷電動機就會左右振動根本旋轉(zhuǎn)不起來，或者電流很大且電流波形是不對的。

通過上述控制信號來控制各個功率管的on/off，使得電流依序流入U、V、W三相線圈，而在直流無刷電動機的內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，如圖3-4所示，指出了在控制信號的作用下各相的電壓、電流方向的關(guān)系。

圖3-4 電流時序

在控制功率組件的信號中加入PWM，調(diào)整PWM的占空比，即輸出PWM的Duty，使得調(diào)整輸入電動機的端電壓的大小，進而控制直流無刷電動機的轉(zhuǎn)速，其中控制信號PWM的加入有四種方式：上相PWM、下相PWM、前半PWM和后半PWM。如圖3-5所示。