同步電機(jī)之關(guān)于永磁無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子位置反饋電路

    轉(zhuǎn)子位置反饋電路的作用是檢測轉(zhuǎn)子磁極相對于定子繞組的位置信號，為逆變器提供正確的換相信息。在無刷直流電動機(jī)中，常用的位置傳感器主要包括磁敏式、電磁式、光電式、接近開關(guān)式、旋轉(zhuǎn)變壓器式和旋轉(zhuǎn)編碼器式等。其中磁敏式傳感器主要是由霍爾元件或霍爾集成電路構(gòu)成的，霍爾元件式位置傳感器由于結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低，是目前在無刷直流電動機(jī)上應(yīng)用最多的一種位置傳感器。

霍爾元件是利用霍爾效應(yīng)原理制成的，霍爾效應(yīng)原理如圖9一6所示，在長方形半導(dǎo)體薄片上通以電流I 。，當(dāng)將半導(dǎo)體薄片置于外磁場中，并使其與外磁場垂直時，則在與電流IH和磁感應(yīng)強(qiáng)度B構(gòu)成的平面相垂直的方向上會產(chǎn)生一個電動勢E 。，稱其為霍爾電動勢，其大小為。

霍爾元件所產(chǎn)生的電動勢很低，通常將霍爾元件與附加的放大電路封裝成三端模塊，構(gòu)成霍爾集成電路。霍爾集成電路分開關(guān)型和線性型兩種。通常采用開關(guān)型霍爾集成電路作為位置傳感元件。例如US1881霍爾集成電路，其電路示意圖如圖9一7所示。由于其輸出是OC集電極開路輸出，在使用中需要外接上拉電阻?；魻杺鞲衅鞯陌惭b精度對于無槽無刷直流電動機(jī)的運行性能有較大的影響。在安裝時不但要保證三個霍爾開關(guān)在空間彼此相差1200電角度，同時還必須保證霍爾元件與定子繞組的相對位置正確。

9 . 4功率開關(guān)器件選取

在9 . 1節(jié)中已討論過無刷直流電動機(jī)逆變主電路的形式，知道通常采用三相星形六狀態(tài)橋式主電路，功率開關(guān)器件主要由功率MOSFET 、 IGBT或智能功率模塊（IPM）等全控型電子功率開關(guān)組成。MOSFET具有工作頻率高（幾十千赫至幾百千赫，低壓管可達(dá)兆赫），開關(guān)損耗很小，安全工作區(qū)寬，幾乎不存在二次擊穿問題，漏極電流為負(fù)溫度特性（易并聯(lián)），輸人阻抗大，是電壓控制型自關(guān)斷器件。但由于其導(dǎo)通電阻與護(hù)’成正比，隨著電壓的增加，開關(guān)管上的壓降會按2 . 5次方上升，損耗的功率就會非常大，這就限制了MOSFET在高頻大功率中的應(yīng)用。IGBT具有MOS和雙極型器件的突出優(yōu)點，可以實現(xiàn)高壓、大電流的應(yīng)用，一般情況下其最大工作頻率為20kHz左右，但價格較貴。IPM是在IGBT的基礎(chǔ)上加上驅(qū)動和保護(hù)電路，因此稱為智能功率模塊，價格最貴。

對于低壓小功率電動機(jī)功率開關(guān)器件，主要選擇功率MosFET 。 MosFET是FET ( Field Effect Transistor）的一種，功率MOSFET是用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它的第一個顯著特點是驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率?。黄涞诙€顯著特點是開關(guān)速度快、工作頻率高。其熱穩(wěn)定性好，幾乎不存在二次擊穿現(xiàn)象。但其電流容量小、耐壓低，一般只適用于功率較小的電力電子裝置。對于功率開關(guān)器件的選取一般應(yīng)留有一定余量，其反向耐壓應(yīng)取工作電壓的2一3倍，額定電流應(yīng)取實際電流的1 . 5一3倍。

9 . 5驅(qū)動器典型應(yīng)用電路

MC33035專用集成電路和功率MOSFET典型驅(qū)動電路如圖9一8所示，它是無刷直流電動機(jī)正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速功能的指揮中心，主要完成以下功育臺：

l）對轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號、 PWM控制信號、正反轉(zhuǎn)和停車等信號進(jìn)行邏輯綜合，以給驅(qū)動電路提供各開關(guān)器件的斬波信號和選通信號，實現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停車控制；

2）產(chǎn)生PwM控制信號，使電動機(jī)的電壓隨給定速度信號而自動變化，實現(xiàn)電動機(jī)開環(huán)調(diào)速；

3）對電動機(jī)進(jìn)行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能；

4）實現(xiàn)短路、過電流和欠電壓等故障保護(hù)功能等。該電路具有構(gòu)成簡單、調(diào)試方便、開發(fā)周期短、性能穩(wěn)定等特點。但由于完全由硬件電路構(gòu)成，功能比較單一，很難進(jìn)行擴(kuò)展，無法實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法和智能化控制。