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無刷直流電機電流環驅動控制技術應用

來源:北京永光高特微電機有限公司作者:李利網址:http://www.zgdlzj.com瀏覽數:4769


1引言

   無刷直流電動機具有類似直流電動機的優良控制特性,與矢量控制的異步電動機相比,無刷直流電動機又具有以下優點:永磁勵磁,效率高;控制簡單,磁場定向控制轉化為轉子位置控制;因轉子無勵磁損耗,不會引起與轉子直接相聯的旋轉件的熱效應,保證了工作機械裝備的高精度。上述優點,加上近年來新型高性能稀土永磁材料的開發應用,使得無刷直流電動機作為中小功率高性能調速電機和伺服電機的應用越來越廣泛。

2 PWM驅動控制簡述

   無刷電機有方波驅動和正弦渡驅動控制兩種。本文討論的是前者。三相無刷直流電機共有6個驅動象限,在雙極性驅動方式中,每一驅動象限分別由4個MOSFET構成橋式電路,在PWM驅動信號控制下,對電機相應繞組提供電流驅動,PWM在50%占空比下.實現停轉?;魻栁恢脗鞲衅魍瓿呻姍C象限檢測,輸出信號進入狀態分配電路控制切換不同的MOS—FET輪流導通。

3電流環控制技術的實現

3 .1無刷直流電機電流環控制系統組成

   圖1示出了無刷直流電機電流環控制系統的組成框圖,在無刷電機轉速電流雙閉環控制系統中,用電流環作為內環、轉速環作為外環,為了獲得良好的靜、動態性能,雙閉環控制系統的調節器一般采用PI調節器。

 

   圖1無刷直流電機電流環控制系統的組成框圖

3.2簡單實用的電流環控制電路設計

   大多數的高性能無刷電機功放均帶有電流環,這種類型的功放使用PWM技術控制電流來控制電機的輸出力矩。為實現電流環控制,必須有一個能夠檢測電流的傳感器。有多種方法實現無刷電機三相電流檢測。

   (1)最常用的技術是簡單地檢測每一相的繞組電流。注意:三相電流Ia+Ib+Ic=0,所以不能簡單地將三相檢測電流相加,必須根據位置換向邏輯選擇相應的電流傳感作為檢測電流輸出。

   (2)另一種方法是只檢測3相中的2相電流,因為Ia+Ib+Ic=0,所以Ic= 一(Ia+Ib)。第三相電流可以由另2相電

流合成,這樣可以省略一個電流傳感器。

   (3)在換向期間檢測電源供給電流,然后與PWM頻率合成來檢測電機電流。

   本文采用第一種方法,分析其實現的方法:由無刷直流電機工作原理知道,電機相電流基波是120°矩形波,因而任一時刻只有兩相通電,類似于一個直流電機,電流的換相則由轉子位置檢測器發出的轉子位置邏輯信號控制。設無刷電機三相轉子位置檢測器發出的轉子位置邏輯信號分別為SA、SB、Sc,在無刷電機三相繞組上各串一個電流傳感器,傳感器的輸出量正比于原方電流,分別為ia,ib,ic則電流采樣公式:

 用三選一模擬開關和可編程邏輯電路GAL很容易地實現上面的公式運算,圖2示出了其邏輯電路,以SA、SB、Sc為模擬開關的控制信號,ia,ib,ic為模擬形狀的輸入量,輸出量代表電機電樞電流id。

 圖2用模擬開關實現電流合成

   我們在某機載雷達伺服系統設計中,采用了上述無刷直流電機電流環控制電路設計。電流檢測傳感器選用了美國Honevwell公司的CSNEl51—100,模擬開關選用AD7510,無刷直流力矩電機選用美國KOLLMORGEN公司的RBEH一01 81 3一BOO,電壓50V,電流14A,頻率20kHz,最大速度1 000r/min,實際的電流提取波形如圖3所示。

    圖3

   圖3中,MA、MB、MC分別是從無刷直流電機三相繞組中取出的電流波形Isout則是通過AD7510臺成后的電流采樣波形(波形中的尖峰是由于AD7510的開關轉換延時造成的t時間僅為250ns對電流環控制不會產生影響),實際測試表明,伺服系統性能指標得到很大提高。

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