直流無刷電機(jī)簡易正弦波控制.pdf

《直流無刷電機(jī)簡易正弦波控制.pdf》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、1．前言隨著控制技術(shù)的發(fā)展以及社會對節(jié)能要求的提高，直流無刷電機(jī)作為一種新型、高效率的電機(jī)被得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的直流無刷電機(jī)采用方波控制方式，控制簡單，容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)存在轉(zhuǎn)矩脈動、換相噪聲等問題，在一些對噪聲有要求的應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性。針對這些應(yīng)用，采用正弦波控制可以很好的解決這個(gè)問題。2．直流無刷電機(jī)的正弦波控制簡介直流無刷電機(jī)的正弦波控制即通過對電機(jī)繞組施加一定的電壓，使電機(jī)繞組中產(chǎn)生正弦電流，通過控制正弦電流的幅值及相位達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。與傳統(tǒng)的方波控制相比，電機(jī)相電流為正弦，且連續(xù)變化，無換相電流突變，因此電機(jī)運(yùn)行噪聲低。根據(jù)控制的

2、復(fù)雜程度，直流無刷電機(jī)的正弦波控制可分為：簡易正弦波控制與復(fù)雜正弦波控制。（1）簡易正弦波控制：對電機(jī)繞組施加一定的電壓，使電機(jī)相電壓為正弦波，由于電機(jī)繞組為感性負(fù)載，因此電機(jī)相電流也為正弦波。通過控制電機(jī)相電壓的幅值以及相位來控制電流的相位以及幅值，為電壓環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)較為簡單。（2）復(fù)雜正弦波控制：與簡易正弦波控制不同，復(fù)雜的正弦控制目標(biāo)為電機(jī)相電流，建立電流環(huán)，通過直接控制相電流的相位與幅值達(dá)到控制電機(jī)的目的。由于電機(jī)相電流為正弦信號，因此需要進(jìn)行電流的解耦操作，較為復(fù)雜，常見的為磁場定向控制（FOC）及直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）等。本文將主要介紹簡

3、易正弦波控制的原理及其實(shí)現(xiàn)。3．簡易正弦波控制原理簡易正弦波控制即通過控制電機(jī)正弦相電壓的幅值以及相位達(dá)到控制電機(jī)電流的目的。通常通過在電機(jī)端線施加一定形式的電壓來使繞組兩端產(chǎn)生正弦相電壓。常見的生成方式為：正弦PWM以及空間矢量PWM。由于正弦PWM原理簡單且便于實(shí)現(xiàn)，因此簡易正弦波控制中通常采用其作為PWM生成方式。圖1為BLDC控制結(jié)構(gòu)圖，其中Ux、Uy、Uz為橋臂電壓，Ua、Ub、Uc為電機(jī)繞組的相電壓，以下對于不同種類的PWM調(diào)制方式的介紹將基于此結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行。圖1直流無刷電機(jī)控制框圖（1）三相正弦調(diào)制PWM三相SPWM為最常見的正弦PWM生

4、成方式，即對電機(jī)三個(gè)端線施加相位相差120度的正弦電壓信號，由于中性點(diǎn)為0，因此電機(jī)相電壓也為正弦，且相位與施加的正弦電壓相同。如圖2所示。圖2三相調(diào)制SWPWM端線電壓（1）開關(guān)損耗最小正弦PWM與常見的SPWM不同，采用開關(guān)損耗最小正弦PWM時(shí)，施加在電機(jī)端線上電壓Ua、Ub、Uc并非正弦波電壓，此時(shí)電機(jī)中心點(diǎn)電壓并非為0，但是電機(jī)相電壓仍然為正弦。因此此類控制方式為線電壓控制。見圖2：圖3開關(guān)損耗最小正弦PWM端線電壓其中Ux、Uy、Uz為電機(jī)端線電壓，Ua、Ub、Uc為電機(jī)相電壓，可見相電壓相位差為120度。Ux、Uy、Uz與Ua、Ub、Uc

5、的關(guān)系如下：合并后，Ux，Uy，Uz如下：可見采用開關(guān)損耗最小正弦PWM時(shí)，Ux，Uy，Uz相位差120度，且為分段函數(shù)形式，并非正弦電壓，而電機(jī)相電壓Ua、Ub、Uc仍然為正弦電壓。且在120度區(qū)內(nèi)端線電壓為0，即對應(yīng)的開關(guān)管常開或常關(guān)。因此與三相正弦PWM相比，開關(guān)損耗減少1/3。通過控制Ux，Uy，Uz的相位以及幅值即可以控制Ux，Uy，Uz，實(shí)現(xiàn)控制電流的目的。4．直流無刷電機(jī)簡易正弦波控制的實(shí)現(xiàn)4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4系統(tǒng)框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。工作原理如下：霍爾輸入信號經(jīng)過自動濾波及采樣處理，得到可靠的換相信號，此信息可被用作估算轉(zhuǎn)子角度以及轉(zhuǎn)

6、速。速度PI調(diào)解器根據(jù)給定轉(zhuǎn)速值以及反饋轉(zhuǎn)速值計(jì)算正弦PWM的Modulation的大小。位置估算單元利用轉(zhuǎn)速以及換相信息估算轉(zhuǎn)子位置角Angle’。通過超前角調(diào)整單元，補(bǔ)償超前角Δ，得到Angle。SPWM單元利用Modulation以及Angle信息生成開關(guān)損耗最小SPWM，輸出到逆變單元。以下章節(jié)將介紹各單元原理及實(shí)現(xiàn)。4.2開關(guān)損耗最小正弦PWM的生成由于Ux，Uy，Uz相位相差120度，因此以Ux為例進(jìn)行分析。Ux為分段函數(shù)，與為正弦函數(shù)且以對稱。僅需實(shí)現(xiàn)其中一段，另一段對稱處理即可。的實(shí)現(xiàn)：因此僅需要利用0-120度的正弦表即可以實(shí)現(xiàn)，即

7、，其中M為幅值。Uy，Uz的實(shí)現(xiàn)與Ux相似，相位差為120°。通過控制M和x即可控制電機(jī)相電壓的幅值及相位。4.3開關(guān)損耗最小正弦PWM控制與霍爾位置傳感器的關(guān)系通常直流無刷電機(jī)采用霍爾傳感器定位轉(zhuǎn)子位置，由于傳統(tǒng)控制方式為方波控制，因此3個(gè)霍爾傳感器即可滿足要求?；魻杺鞲衅鞯奈恢门c轉(zhuǎn)子反電勢之間的關(guān)系見圖5，即霍爾傳感器安裝于反電勢為30°、90°、150°、210°、270°、330°的位置。具體霍爾輸出值與霍爾的具體安裝方式相關(guān)。圖5BLDC霍爾傳感器輸出與反電勢之間的關(guān)系采用開關(guān)損耗最小正弦PWM控制BLDC時(shí)時(shí)，電機(jī)端線電壓與霍爾傳感器輸出

8、之間的關(guān)系示意圖如圖6。圖6采用開關(guān)損耗最小正弦PWM時(shí)，端線電壓與霍爾狀態(tài)的關(guān)系由圖2可知，采用開關(guān)損耗最