三相BLDC電機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用及設(shè)計(jì)探討
如今,工程師將電機(jī)控制系統(tǒng)用于數(shù)字與模擬技術(shù)來應(yīng)對過去面臨的挑戰(zhàn),包括電機(jī)速度控制、旋轉(zhuǎn)方向、漂移及電機(jī)疲勞等。微控制器 (MCU) 的應(yīng)用為當(dāng)代工程師提供了動(dòng)態(tài)控制電機(jī)動(dòng)作的機(jī)會,從而使其能夠應(yīng)對環(huán)境壓力和狀況。這有助于延長操作壽命并減少維修,從而降低成本。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/227482.htm目前,電機(jī)制造商傾向于制造三相BLDC電機(jī)。原因在于BLDC電機(jī)不直接接觸換向器和電氣終端(有刷電機(jī)直接接觸),因而不僅可降低功耗增加扭矩,同時(shí)還可延長操作時(shí)間。遺憾的是,與有刷直流或交流電機(jī)相比,三相電機(jī)控制裝置更加復(fù)雜。此外,數(shù)字與模擬組件之間的關(guān)系變得非常重要。
本文將簡要探討在三相BLDC電機(jī)應(yīng)用中使用模擬組件和微控制器時(shí)應(yīng)考慮的問題。同時(shí)還將重點(diǎn)介紹適合在直流電壓從12V到300V不等的電源下驅(qū)動(dòng)微控制器的電源管理裝置及功率電平位移器。
1 對BLDC電機(jī)的需求的來源
近來,設(shè)計(jì)師更喜歡使用高效的BLDC電機(jī)。這種趨勢適用于眾多市場和各種應(yīng)用。目前,許多應(yīng)用能夠或已經(jīng)使用BLDC電機(jī)替代過時(shí)的交流電機(jī)或機(jī)械泵技術(shù)。使用BLDC電機(jī)的重要優(yōu)勢包括:
●更高效(達(dá) 75%,交流電機(jī)僅為 40%)
●更少的熱量
●高耐久性(無刷型,所以無磨損)
●可在危險(xiǎn)環(huán)境下操作更加安全(無灰塵產(chǎn)生,而有刷電機(jī)則有)。
在主要子系統(tǒng)中使用BLDC電機(jī)還可降低整個(gè)系統(tǒng)重量。由于BLDC電機(jī)完全采用電子整流,因此更易于高速地控制電機(jī)的扭矩和RPM.全球政府正應(yīng)對電網(wǎng)不足引起的有效功率不足。此外,全球許多地區(qū)必須應(yīng)對需求高峰期產(chǎn)生的電源中斷。因此,這些國家正在提供補(bǔ)貼或準(zhǔn)備發(fā)放補(bǔ)貼,以便更有效地使用BLDC電機(jī)。
2工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用
多數(shù)泵、風(fēng)機(jī)、空調(diào)、混合器及 HVAC 需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)。歐盟已經(jīng)發(fā)布法令要求所有新的工業(yè)用具使用 BLDC 電機(jī)的三相“變頻驅(qū)動(dòng)”。
圖1 空調(diào)原理框圖3 BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)
有幾種方法可用于驅(qū)動(dòng)BLDC電機(jī);一些基本系統(tǒng)要求如下所列:
3.1大功率晶體管
這些通常是場效應(yīng)管(MOSFET)或絕緣柵雙極晶體管 (IGBT),可承受高壓(滿足電機(jī)的要求)。多數(shù)家電使用的電機(jī)功率為1/2至3/4馬力(1馬力=734瓦特)。因此,典型電流能力可達(dá)到10A.對于高壓系統(tǒng)而言(通常 >350V),可使用IGBT。
3.2MOSFET/IGBT驅(qū)動(dòng)器
通常,可使用一組MOSFET/IGBT驅(qū)動(dòng)器??蛇x擇“半橋”驅(qū)動(dòng)器或三相驅(qū)動(dòng)器。這些解決方案能夠操作的電壓必須為電機(jī)電壓的兩倍,以應(yīng)對電機(jī)產(chǎn)生的逆電動(dòng)勢 (EMF)。此外,這些裝置需要通過設(shè)置時(shí)間和切換控制提供功率晶體管保護(hù),從而確保底部晶體管打開之前關(guān)掉頂部晶體管。
3.3反饋元件/控制
設(shè)計(jì)師應(yīng)在所有伺服控制系統(tǒng)中設(shè)置一些“反饋元件”。例如光學(xué)傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器、轉(zhuǎn)速計(jì)及最簡單的“EMF傳感”。各種反饋方法都非常有用,主要取決于所需精確度及所需RPM和扭矩。許多消費(fèi)者電器通常使用反電動(dòng)勢傳感的無傳感器技術(shù)。
3.4模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器
在許多情況下,需要設(shè)置模擬數(shù)字裝置,以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,從而將數(shù)字信號發(fā)送至系統(tǒng)MCU.
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