直流无刷电机转速控制电路设计-(1)教学内容.ppt

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1、直流无刷电机转速控制电路设计-(1)研究背景和意义一个多世纪以来，电机作为电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。电机的主要类型有同步电机、异步电机与直流电机三种。直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，因此被广泛应用于各种调速系统中，但传统的有刷直流电机均以机械换相方法进行换相，存在相对的机械摩擦，因此带来噪声、火花、无线电干扰及寿命等致命弱点，从而大大地限制了它的应用范围。而相比有刷直流电机，无刷直流电机的结构是以电力电子电路取代传统有刷直流电机的电刷，故其既具有有刷直流电机运行效率高、运行性能好等优点，又具有交流电机运行结构简单、运行可靠

2、、维护方便等优点。目前，随着半导体技术的快速进步与永磁材料的新发现，高性能、低成本的永磁无刷直流电机已成为调速领域的领军力量，它具有巨大的开发潜质和广阔的应用前景。研究内容针对小功率直流无刷电机的控制要求，设计以嵌入式处理器为核心的驱动控制系统，要求能够对电机的转速进行控制，并能够将实时转速通过显示装置显示。要求充分了解PWM控制电机的原理、嵌入式处理器原理以及相关接口及供电技术，掌握数码显示原理及接口设计。无刷直流电机的结构和工作原理永磁无刷直流电动机(BrushlessDCMotor,BLDC)是一种典型的机电一体化产品，它是由电动机本体、逆变器、位置检测器和控制器组成的自同步

3、电动机系统，其结构原理图如图所示。位置检测器检测转子位置信号，控制器对转子位置信号进行逻辑处理并产生相应的开关信号，开关信号以一定的顺序触发逆变器中的功率开关器件，将电源功率以一定的逻辑关系分配给定子各相绕组，使电动机产生持续不断的转矩。无刷直流电机组成框图直流无刷电动机电动机本体位置传感器电子开关线路路主定子主转子传感器转子传感器定子功率逻辑开关位置信号处理电机本体永磁无刷直流电动机转子结构型式永磁无刷直流电动机的转子利用永磁体形成主磁极，常见的转子结构如图所示。面贴式结构是在铁心外面粘贴上瓦片形永磁体，具有结构简单制造成本低的特点，但在高速时永磁体易被离心力甩出，所以多用于低速

4、电机。具有这种转子的电机称为面贴式电机(Surface-mountedPermanentMagnetMachine,SMPM)。除了上述基本结构外，还有一种外转子式结构，即带有永磁极的转子在外面，嵌有绕组的定子在里面。电机运行时，外转子旋转。这种结构主要用于电动车的驱动。无刷直流电动机的基本工作原理永磁无刷直流电机最常用的主电路为星形连接三相桥式主电路，这种电路主要有两种导通方式：二二导通方式和三三导通方式。二二导通方式是指每一瞬间有两个功率管导通，每隔1/6周期（60°电角度）换相一次，每次换相一个功率管，桥臂之间左右互换，每个功率管导通120°电角度。三三导通方式是在任一瞬间使

5、三个开关管同时导通，同样每隔60°电角度换相一次，每次换相一个功率管，但换相发生在同一桥臂上下管之间，因而每个功率管导通180°电角度。永磁无刷直流电动机工作原理示意图无刷直流电动机开关管导通顺序通过检测定子绕组未导通相的反电势过零点来确定转子的位置，以便发出相应的切换信号。主电路为三相桥式全控星形连接的无刷直流电动机的等效电路，在二二导通方式下，各导通管脚、绕组电流及反电势波形如图所示。在图中我们看到，功率管的切换发生在反电势过零后延迟30°的地方。因此，只要检测出了反电势过零点，就能正确进行功率管的切换。永磁无刷直流电动机开关管导通顺序本设计采用高压侧功率管调制方式，而低压侧只

6、是在电机换相时导通或关断，不导通相得反电动势可以在PWM高电平和相电流续流阶段中被检测出来。如图所示，在一个PWM调制周期中，当PWM信号为低电平相电流处于续流状态时，高压侧功率管SW1关断，相电流经由功率管中集成的续流二极管VD1，在A相和B相绕组中续流。在这个续流阶段中，不导通相端电压同样可以检测出反电动势的过零点。BLDC反电势过零点检测方法BLDC运行时三相端电压电路图中所示为所设计的无位置传感器控制系统总体结构。其中，经限幅电路输出的三个反电动势信号经过过零比较器，输入到控制器中，由控制器判断出过零点，进过DSP内部控制算法后输出6路PWM信号给三相逆变桥，对无刷直流电机

7、进行换相和调速，从而可以进行相应的换相控制。无位置传感器控制系统总体结构系统框图一个典型的DSP最小系统如图所示，包括DSP芯片、电源电路、复位电路、时钟电路及JTAG接口电路。考虑到与PC通信的需要，最小系统一般还需增添串口通信电路。DSPTMS320F2812复位JATG电路电源电路串口通信时钟电路电源电路和复位电路DSP系统一般都采用多电源系统,电源及复位电路的设计对于系统性能有重要影响。TMS320F2812是一个较低功耗芯片,核电压为1.8V,IO电压为3.