相永磁無刷直流電機(jī)（PMBLDC）電機(jī)低功耗的驅(qū)動.doc

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1、摘要：本文介紹了用模擬和硬件來實(shí)現(xiàn)3相永磁無刷直流電機(jī)（PMBLDC）電機(jī)低功耗的驅(qū)動。此驅(qū)動器系統(tǒng)，是由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制的一個(gè)120度的六個(gè)梯形永磁無刷直流電動機(jī)驅(qū)動。處理器使用的是常見的PIC16F877，它不僅能夠閃存，而且成本很低。最重要的是它能夠?qū)崿F(xiàn)和微控制器單元（MCU）的序列換向，旋轉(zhuǎn)方向的控制，速度控制和閱讀館傳感器的信號的功能。為了方便低速，高速之間的控制，系統(tǒng)采用了感應(yīng)式的控制技術(shù)。本文還介紹了ProteusVSM（虛擬系統(tǒng)建模）軟件作為實(shí)時(shí)仿真功能建模，模擬永磁無刷直流電動機(jī)驅(qū)動器，然后硬件實(shí)施。先通過預(yù)期的結(jié)果監(jiān)測和分析整個(gè)虛擬模擬所使用的的所有組

2、件，再用已經(jīng)證實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬電路和結(jié)果進(jìn)行對比。使用ProteusVSM可以縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，從而降低了工業(yè)應(yīng)用程序的開發(fā)成本。關(guān)鍵詞：無刷直流電動機(jī)，PWM，PIC16F877，ProteusVSM的，永久磁鐵。一引言永磁同步梯形反電動勢機(jī)器被稱為永磁無刷直流電機(jī)。在結(jié)構(gòu)上，PMBLDC電機(jī)是一種（電樞在定子中，永久磁鐵在轉(zhuǎn)子中）由內(nèi)而外的直流電動機(jī)。該電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)包括四個(gè)主要部分：一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器，一個(gè)永磁同步機(jī)（PMSM）傳感器控制算法，一個(gè)將直流電源轉(zhuǎn)化為合適的交流驅(qū)動電源的三相你變轉(zhuǎn)換器。因此，它將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中無刷直流驅(qū)動的功能是檢測轉(zhuǎn)子的位置，它可以由兩

3、個(gè)流行的方法來實(shí)現(xiàn)：有傳感器法和無傳感器法。最簡單的方法是通過一個(gè)位置傳感器得知瞬時(shí)整流繞阻電流。圖1展示的是傳感器控制的永磁無刷電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。在無傳感器法中，雖然不需要任何位置傳感器，但需要一個(gè)有大容量程序代碼和大容量內(nèi)存的性能要求較高的處理器。該方法的明顯好處是無傳感器，降低了材料成本。但節(jié)約了成本也優(yōu)缺點(diǎn)，表現(xiàn)如下：該系統(tǒng)基于反電動勢的檢測，電動機(jī)必須在最低限速以上運(yùn)行才能產(chǎn)生足夠的的反電動勢。原因很簡單，該程序不適用于低速。電機(jī)負(fù)載的突然變化可能會導(dǎo)致反電動勢驅(qū)動器環(huán)路自鎖。根據(jù)一些特征，PM電機(jī)可以進(jìn)行分類。這些特征包括永久磁鐵（鐵氧體，陶瓷，磁鋼或罕見的土），PM的位

4、置，形狀的反電動勢波形等。例如，基于反電動勢（梯形或正弦）的分類如圖2所示。圖2（a）基于反電動勢的梯形波形。（b）基于反電動勢的正弦波形。對于梯形型，其電樞階段準(zhǔn)方電流必須提供無紋波扭矩操作，同樣的道理正弦型需要正弦相位的電樞電流。高分辨率位置傳感器使用時(shí)需要正弦反電動勢的類型，就像通過知道轉(zhuǎn)子的位置，確定每一個(gè)瞬間最佳的操作時(shí)間，這會導(dǎo)致硬件和軟件設(shè)計(jì)起來更復(fù)雜。就這個(gè)原因，梯形型是更有吸引力的選擇，因?yàn)槠浜唵?，價(jià)格較低但效率更高。用電源逆變器向電源提供三相交流信號到。該逆變器可一般分為單相逆變器和三相逆變器和使用開關(guān)元件的單相，三相逆變器，開關(guān)元件有很多種，如BJT，MOSF

5、ET，IGBT，MCT和GTO。對于三相逆變器，兩種類型控制信號可以被應(yīng)用到開關(guān)設(shè)備：180度導(dǎo)通或120度傳導(dǎo)。本項(xiàng)目采用120度傳導(dǎo)的每個(gè)晶體管（Q1到Q6）接通為120度，如圖3所示。圖3門相為120度的信號傳導(dǎo)在任何時(shí)刻，兩個(gè)電源開關(guān)狀態(tài)為開。因此，在任何時(shí)間間隔內(nèi)，兩個(gè)加載端子（Y形連接）被連接到直流供應(yīng)電源，第三端是開放的。在這種傳導(dǎo)型，將每個(gè)功率晶體管120度開啟，并會產(chǎn)生準(zhǔn)方波電壓Van，Vbn和Vcn（圖3）。在傳感器控制技術(shù)方面，共同使用的傳感器是霍爾效應(yīng)傳感器，這是低分辨率傳感器，適用于梯形類型。作為反饋MCU的三個(gè)霍爾傳感器彼此之間120度出相。這些傳感器將

6、通過磁極的極性提供高或低的輸出信號，這表明附近有S極或N極。每60度，用其中的一個(gè)的霍爾傳感器過渡，如圖4所示。來自霍爾傳感器的信號將被饋送到MCU，以執(zhí)行電子換向基于內(nèi)存的序列模式。該換向機(jī)構(gòu)示于圖4。每個(gè)霍爾傳感器進(jìn)行180度至120度，第二霍爾傳感器后開始導(dǎo)通。通過參照該圖中，為了獲得恒定的輸出扭矩和恒定輸出功率，電流通過驅(qū)動馬達(dá)定子卷繞過程中，反電動勢是平坦部分波形。圖4霍爾傳感器之間反電動勢和參考電流之間的關(guān)系二六步梯形控制的BLDC高效率變速和可變轉(zhuǎn)矩電機(jī)控制，只能通過使用電子元器件和MCU。因此PMBLDC電機(jī)被視為一個(gè)強(qiáng)有力的候選連同它的電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用比其他電動機(jī)廉價(jià)

7、的優(yōu)點(diǎn)。由PMBLDC電機(jī)驅(qū)動，怎樣使控制方法簡單化來彌補(bǔ)其高成本的缺點(diǎn)，已經(jīng)成為行業(yè)主要關(guān)注的問題。出于控制簡單的原因，120度的六步控制方法已經(jīng)非常流行。在這種控制類型，定子電流的導(dǎo)通，使得僅發(fā)生兩個(gè)階段的星形連接繞組連接在DC總線和第三繞組的串聯(lián)打開。對于可變速度控制的應(yīng)用，它是適合使用的開環(huán)電壓模式脈沖全橋逆變器的脈寬調(diào)制（PWM）[12]。調(diào)速是通過交替在PWM的占空比，這使得速度控制是非常簡單和高效。占空比可以介于0％至100％用作實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)子速度。在逆變