永磁同步電機之永磁無刷直流電動機的控制電路

永磁無刷直流電動機的控制電路主要完成位置信號的譯碼、驅(qū)動信號生成、 PWM斬波信號控制、轉(zhuǎn)速檢測和控制，同時還具有過流保護、軟起動、正反轉(zhuǎn)控制等功能，它是電機控制器的核心。

1．轉(zhuǎn)子位置信號譯碼

轉(zhuǎn)子位置傳感器發(fā)出的位置信號經(jīng)過光禍隔離得到寬度為1800電角度的方波信號，根據(jù)電機正反轉(zhuǎn)的設(shè)置情況對位置方波信號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)動信號。

2 . PWM斬波信號控制

永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)速與直流電壓成正比，通過控制PWM斬波信號占空比可以方便地控制電動機的轉(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)定信號相比較產(chǎn)生PWM斬波信號。

3．轉(zhuǎn)速檢測電路

電動機的轉(zhuǎn)速檢測一般采用測速發(fā)電機或光電編碼器，但永磁無刷直流電動機一般功率較小，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檢測轉(zhuǎn)速，電機每轉(zhuǎn)對應(yīng)尸個方波脈沖，因此方波信號的頻率與電機輸出的速度成正比?？梢岳脠D7一43所示的單穩(wěn)態(tài)測速電路檢測電機轉(zhuǎn)速。電機位置傳感沖信號送到觸發(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直流電壓，該電壓幅值正比于電機的轉(zhuǎn)速，即為電機的轉(zhuǎn)速信號。這種測速方法只適用于電機轉(zhuǎn)速較高的場合，且轉(zhuǎn)速檢測精度較低。此外，還可根據(jù)位置傳感器信號的特點和單片機的運算功能實現(xiàn)測速，以提高電機轉(zhuǎn)速的檢測精度，使電機的速度控制更加靈活。常用的測速方法有三種，分別為T法、 M法和M / T法。T法是通過霍爾信號兩個相鄰脈沖的時間間隔來確定轉(zhuǎn)速的，該方法適合于速度比較低的場合，當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，其準(zhǔn)確性較差。假設(shè)計數(shù)器時鐘頻率為f，無刷直流電動機極對數(shù)為p，霍爾信號相鄰兩個脈沖內(nèi)計數(shù)器計數(shù)值為N，則對應(yīng)的實際轉(zhuǎn)速為n一60f / ( NP）。M法是利用一段固定的時間間隔內(nèi)霍爾信號的脈沖數(shù)來確定轉(zhuǎn)速的，其性能特點正好與T法相反，比較適于高速場合。假設(shè)定時時間為T，該時間段霍爾信號脈沖計數(shù)為N，則對應(yīng)的實際轉(zhuǎn)速為n一60州（TP）。M / T法則集中了T法和M法的優(yōu)點，低速階段采用T法測速，高速階段采用M法測速，從而在整個速度范圍內(nèi)都有較好的準(zhǔn)確性。

4．電動機的正反轉(zhuǎn)控制

直流電動機可以通過改變磁場的方向和電樞電壓的極性改變電機的轉(zhuǎn)向，但這在永磁無刷直流電動機中不適用。在永磁無刷直流電動機中，可以通過改變電樞繞組的導(dǎo)通順序來改變電動機轉(zhuǎn)向，表7一9為圖7一41對應(yīng)的電機正反轉(zhuǎn)開關(guān)導(dǎo)通順序。

5．電機的起動

永磁無刷直流電動機起動時，電機轉(zhuǎn)速為零，即繞組感應(yīng)電動勢為零，直流母線電壓全部加在繞組阻抗上，導(dǎo)致起動電流很大，危及電機和控制器的安全運行，故一般采用限流起動。通過圖7一41中檢測電阻Rl上的電壓信號來檢測母線電流，當(dāng)電流超過限定值時，封鎖逆變器驅(qū)動信號，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，重新開通逆變器驅(qū)動信號，如此循環(huán)，實現(xiàn)電機的限流起動。

6．變結(jié)構(gòu)控制的實現(xiàn)

無刷直流電動機的本體結(jié)構(gòu)與調(diào)速永磁同步電動機相同。永磁無刷直流電動機具有起動‘性能好、調(diào)速方便、動態(tài)特性優(yōu)良的特點；調(diào)速永磁同步電動機具有轉(zhuǎn)速精確、運行穩(wěn)定的特點。因此可以采用變結(jié)構(gòu)的控制方法使電動機具有這兩種方式的優(yōu)點，即電機低速起動或

調(diào)速過程中，采用無刷直流電動機運行方式，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能；在電機進人轉(zhuǎn)速穩(wěn)定區(qū)域后，則采用同步電動機運行方式，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)子位置傳感器信號檢測電機轉(zhuǎn)速，一旦電機失去同步，馬上轉(zhuǎn)換為無刷直流電動機運行方式，重新將轉(zhuǎn)子拉人同步。