直流無刷電機(jī),三相無刷直流電機(jī)原理-KIA MOS管

直流無刷電機(jī)組成

直流無刷電機(jī)主要包括直流電源、控制器、電動(dòng)機(jī)和確定轉(zhuǎn)子位置的霍爾傳感器四部分組成。

1.電源，可以直接以直流電輸入；如果是輸入交流電就必須先經(jīng)過AC-DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)成直流電。

2.控制器，無論是交流電源還是直流電源，在輸入到電機(jī)線圈之前必須將直流電壓通過逆變器轉(zhuǎn)成三相電壓來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這就需由控制器來實(shí)現(xiàn)，控制器包括開關(guān)主電路，驅(qū)動(dòng)電路，控制電路三部分組成。

a).開關(guān)主電路，由6個(gè)分立功率器件分上下臂連接電機(jī)作為控制流過電機(jī)線圈的開關(guān)，通?？蛇x擇的功率器件有功率晶體管GTR,功率場效應(yīng)管MOSFET,絕緣晶體管IGBT,可關(guān)斷晶閘管等。

b).驅(qū)動(dòng)電路，就是驅(qū)動(dòng)功率器件能可靠導(dǎo)通和關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)電路。

c).控制電路MCU，MCU通過PWM（脈沖寬度調(diào)制.信號，決定功率管開關(guān)的頻率和電子換向的時(shí)機(jī)。

3.電動(dòng)機(jī)，在此為三相無刷直流電機(jī)。

4.轉(zhuǎn)子位置傳感器，要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，無刷電機(jī)必須換向才能形成旋轉(zhuǎn)磁場，要想根據(jù) 轉(zhuǎn)子磁極的位置換向時(shí)就必須要知道轉(zhuǎn)子的位置。在無刷電機(jī)中，一般采用三個(gè)開關(guān)型霍爾傳感器，空間上彼此相差120電角度，用于測量轉(zhuǎn)子的位置。由其輸出3位二進(jìn)制編碼信號反饋給MCU . 電子換向時(shí)，如果滿足定子磁勢和轉(zhuǎn)子磁勢相互垂直的條件，就能取得最大轉(zhuǎn)矩。

5.安裝霍爾傳感器會增加電機(jī)的體積大小和復(fù)雜度，對電機(jī)的可靠性和制造帶來不利因素。無霍爾傳感器無刷電機(jī)的控制方法得到越來越廣泛的應(yīng)用。無霍爾無刷直流電機(jī)不需要霍爾傳感器，通過檢測定子繞組的反電動(dòng)勢過零點(diǎn)來判斷轉(zhuǎn)子當(dāng)前的位置。與有霍爾的方案相比，最明顯的優(yōu)點(diǎn)就是降低了成本、減小了體積，且電機(jī)引線從8根變?yōu)?根，使接線調(diào)試大為簡化。因?yàn)闆]有霍爾來檢測轉(zhuǎn)子位置，在電機(jī)靜止或低速時(shí)，反電動(dòng)勢為零或很小，難以準(zhǔn)確檢測繞組反電動(dòng)勢，無法得到有效的轉(zhuǎn)子位置信號。需要采用開環(huán)方式進(jìn)行起動(dòng)，造成電機(jī)起動(dòng)容易產(chǎn)生振動(dòng)，不合適負(fù)載或負(fù)載變化很大的場合。

直流無刷電機(jī)的控制原理

根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極位置，對定子線圈進(jìn)行換向通電。其中最關(guān)鍵技術(shù)是通過6個(gè)功率器件組成的3個(gè)半橋來控制線圈的6拍通電方式，形成旋轉(zhuǎn)磁場。工作過程如圖：

圖中A+，B+，C+ 為上臂功率晶體管，A- ,B- , C- 為下臂功率晶體管，6只功率晶體管按一定順次按一定要求順次導(dǎo)通，就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)A、B、C三相繞組的輪流通電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，如圖中所示的通電順序，B+A- , B+C-,A+C-,A+B-,C+B-,C+A- ，如此循環(huán)就產(chǎn)生了順時(shí)針的旋轉(zhuǎn)磁場。要電機(jī)反轉(zhuǎn)將功率晶體管開啟順序相反即可。需要注意的是同相的上臂和下臂功率管絕對不允許同時(shí)導(dǎo)通，否則會造成上下臂短路，燒毀功率管。

改變線圈繞組兩端的電壓，可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。在電機(jī)控制系統(tǒng)中采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM(脈沖寬度調(diào)制.波形，通過控制PWM的不同占空比，則線圈繞組的平均電壓可以被控制，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。PWM 調(diào)制方式又分兩種：全橋調(diào)制和半橋調(diào)制。在120℃導(dǎo)通期間，對功率逆變橋的上橋和下橋都采用PWM方式驅(qū)動(dòng)，即“全橋調(diào)制”；在120℃導(dǎo)通期間，只對功率逆變橋的上橋（或者下橋.采用PWM方式驅(qū)動(dòng)，下橋（或上橋.恒通，稱為“半橋調(diào)制”。

全橋調(diào)制下MOS管的開關(guān)頻率是半橋調(diào)制方式的兩倍左右，損耗比較大，很少用到。半橋調(diào)制比較常用，它又分為H-PWM-L-ON (在120℃導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，上橋臂MOS管用PWM調(diào)制，下橋臂MOS管恒通.、H-ON-L-PWM(在120℃導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，上橋臂MOS管恒通，下橋臂MOS管用PWM調(diào)制.、PWM-ON(前60℃PWM,后60℃恒通.、ON-PWM(前60℃ 恒通,后60℃ PWM) 等多種，其調(diào)制方式各有特點(diǎn)，需根據(jù)應(yīng)用場合和具體電路選擇合適的控制方式。

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