無刷直流電動機應用電子開關線路和位置傳感器來替代有刷直流電機電刷和換向器,使其同時具有直流電動機和交流電動機的特性。
無刷直流電機(驅動系統)主要由電動機本體、位置傳感器、電子開關線路三局部組成。
直流電源經過開關線路向電動機電子繞組供電,電動機轉子位置由位置傳感器檢測并提供信號去觸發開關線路中的功率開關元件使之導通或截止,從而控制電動機的轉動。
.1電動機本體
無刷直流電動機的設計思想仍源自普通有刷直流電動機,但與后者相比,其定、轉子位置中止了互換。轉子上裝有永磁體,產生氣隙磁通;定子為電樞,構造與普通交流電動機相同,通常采用三相對稱繞組,與有刷直流電動機不同,無刷直流電動機的繞組時斷續通電的。原直流電動機的電刷和機械換向器被電子開關線路和轉子位置傳感器替代。
除了普通的內轉自無刷直流電動機外,在電動車驅動中還常采用外轉子構造。
無刷電動機依照能否運用傳感器分為有感電動機和無感電動機。
1.2電子開關線路
電子開關線路理論上是一個電壓型逆變器,主要由功率邏輯開關單元和位置傳感器信號處置單元兩個局部組成。其作用是依據轉子位置信號實時地給相應繞組通電(三相交流電),同時依據主控信號調理繞組的通電頻率從而調理電機的轉速。
無刷直流電動機的電機本體大多采用三相對稱繞組,同時功率逆變器又有橋式和非橋式兩種,因而無刷直流電機的主開關電路有星形銜接三相半橋式、星形銜接三相橋式、三角形銜接三相橋式三種。目前星形銜接的三相橋式主電路應用多。
1.3轉子位置傳感器
簡述
轉子位置傳感器的作用是檢測電樞繞組相關于轉子磁極的位置,以便控制電樞繞組中電流的通斷。
轉子位置傳感器也由定子和轉子兩局部構成,轉子位置傳感器的轉子局部與電動機本體同軸,可跟蹤電動機本體轉子的位置;轉子位置傳感器的定子局部固定于電動機本體定子或端蓋上,以感受和輸出電動機轉子的位置信號。
由于無刷直流電動機的轉子是永磁的,常用霍爾傳感器作轉子位置傳感器,采用這種作傳感器的無刷電動機稱霍爾無刷直流電動機,其體積小,構造簡單,但質量欠佳。無刷直流電機很少運用編碼器作為位置傳感器,這是由于其本錢較高、體積較大,且所配電路復雜。
無位置傳感器控制
傳統無刷直流電機依托位置傳感器的輸出信號中止換相控制,但位置傳感器在電機內部有限空間內裝置,存在較大限制(裝置和維護艱難,抗干擾性差)。
無位置傳感器控制技術即在電動機內部不裝置位置傳感器,而是在電機外部設置相應的轉子位置檢測電路,依據檢測出的轉子位置信號對電動機施行控制。這種技術大多應用定子電壓、電流等容易獲取的物理量中止轉子位置
無刷直流電動機常采用轉速、電流雙閉環控制。ASR和ACR分別為轉速和電流調理器,常采用PID算法完成。速度為外環,電流為內環,電流環理論上調理的是電磁轉矩。速度給定信號n與速度反響信號n送給ASR,其輸出作為電流信號的參考值i,與電流信號的反響值儀器送至ACR,其輸出為電壓參考值,與給定載波比擬后,構成PWM調制波,控制電子開關線路的理論輸出電壓。
邏輯控制單元的任務是依據位置傳感器的輸出信號及正反轉指令信號決議導通相。被肯定要導通的相并不總是在導通,還要受PWM信號的控制,邏輯與單元的任務就是把換置信號和PWM信號分別起來,再送到逆變器的驅動電路。
.2轉速控制
無刷直流電動機的轉速控制原理同有刷直流電動機,經過調理PWM完成對轉速的控制。
轉速閉環控制系統中,轉速調理器是整個系統的外環,它使電機轉速隨給定轉速變化,普通采用PID轉速調理器完成靜態無誤差控制。
.3正反轉控制
無刷直流電動機不能經過改動電源電壓的極性來完成,但無刷直流電動機正反轉原理同有刷直流電動機,通常采用改動逆變器開關管的邏輯關系使各相電樞繞組導通暢序發作變化來完成電動機的正反轉。關于微機控制的無刷直流電動機調速系統,功率管的導通訊號跟隨位置信號的切換可經過軟件來完成。
為使電動機正反轉均能產生均勻電磁轉矩以保證對稱運轉,必需準確設計轉子位置傳感器與轉子主磁極和定子各相的互相位置關系以及正確的邏輯關系。