PDF《无刷直流 （BLDC） 电机的无传感器梯形控制》

3 每个递增系统构建中的已测试模块

18 1 简 简介 介 经济吃紧和政府制定的新标准对电气系统提出了越来越严格的要求. 新一代设备必须具有更高的性能参数, 诸如更加的效率和减少的电磁干扰. 必须具有较高的系统灵活性以使市场改进更加方便,并且减少开发时 间. 所有这些改进必须与减少系统成本同时实现. 无刷电机技术使实现这些技术规范变为可能. 这样的电机将高可靠性与高效率组合在一起,并且相对于有刷 电机,无刷电机的成本更低. 本文档对无刷直流 (BLDC) 电机的使用进行了说明. 虽然可将无刷特点应用 于几种类型的电机(交流同步电机、步进电机、开关磁阻电机和交流感应电机),BLDC 电机在传统上被定 义为一个具有梯形反电动势波形形状的永磁同步电机. 具有梯形反电动势和(120 电角宽度)矩形定子电流 的永磁同步机器被广泛使用,这是因为它们首先提供了以下优势,假定电机具有纯粹梯形反电动势并且定子 相位换相过程准确,此电机产生的机械转矩是恒定的. 其次,无刷直流驱动器显示出极高的机械功率密度.

2 无刷直流 (BLDC) 电机的无传感器梯形控制 ZHCA559CJuly

2013 SPRABQ7 ― http://www-s.ti.com/sc/techlit/SPRABQ7 版权 ? 2013, Texas Instruments Incorporated www.ti.com.cn BLDC 电机

2 BLDC 电 电机 机BLDC 电机是一个在转子(移动部分)上具有永磁体,而在定子上(固定部分)上具有绕组的交流同步电 机. 永磁体生成转子磁通,而通电的定子绕组产生磁极. 转子(与一个条状磁体等效)被通电定子相位吸 引. 通过使用适当的序列来为定子相位供电,在定子上创建并保持了一个旋转磁场. 转子的这个跟随定子 上磁极的操作,是同步永磁电机内使用的基本操作. 必须控制转子和旋转磁场间的导程以产生转矩,而且这 个同步表示对转子位置的了解. 图图1. 具 具有 有一 一个 个永 永磁 磁对 对极 极转 转子 子的 的三 三相 相同 同步 步电 电机 机 在定子端,三相电机是最常见的. 这些电机在精确控制和控制定子电流所需的电力电子器件的数量之间提供 一个良好的折衷. 对于转子,大量的磁极通常针对同一电平的电流生成更大的转矩. 另一方面,通过添加 更多的磁体,会达到一个点,由于磁体之间所需的空间,在这个点上,转矩不再增加. 制造成本也会随着磁 极的数量的增加而增加. 因此,磁极的数量是成本、转矩和体积之间的一个折衷因素. 可使用很多方法对永磁同步电机进行分类,但是应关注其中的两个依赖于反电动势系统配置的分类方法:无 刷直流 (BLDC) 电机和永磁同步电机 (PMSM). 这个术语定义了同步电机反电动势的形状. BLDC 和PMSM 电机在转子上都具有永磁体,但是它们的磁通分布和反电动势系统配置是不同的. 为了获得同步电 机的最佳性能,识别电机的类型十分重要,以按照下面部分描述的那样采用最合适的控制类型 表表1. BLDC 和和PMSM 电 电机 机间 间的 的比 比较 较BLDC 和和PMSM 电 电机 机间 间的 的比 比较 较BLDC PMSM 同步机器 同步机器 直流供电 正弦电流供电 梯形反电动势 正弦反电动势 定子磁通位置每 60°换相 持续定子磁通位置变化 同一时间只有两个相位打开 (ON) 有可能在同一时间打开三个相位 换相时的转矩纹波 换相时无转矩纹波 可闻范围内的低阶电流谐波 由正弦激发造成的更少谐波 由谐波含量造成的更高内核损耗 更低的内核损耗 更少的开关损耗 同一开关频率上的更高开关损耗 控制算法相对简单 控制算法是数学密集型 ? 两个电机类型都是同步机器. 它们之间的唯一区别是感应电压的形状不同,造成这一差异的原因是两个 不同的定子线圈的接线方式. 反电动势在 BLDC 电机中是梯形的,而在 PMSM 电机情况下为正弦曲 线. ? BLDC 机器应该由正弦电流驱动,而PMSM 由直流驱动,但是为了获得更佳的性能,PMSM 电机应该由 正弦电流激发,BLDC 机器应该由直流激发. ? 很难用模拟技术实现几个电流传感器和正弦相位电流所要求的正弦电机的控制结构(硬件和软件). 因3ZHCA559CJuly