永磁无刷直流电动机的控制
控制器包括开关主电路、 驱动电路和控制电路。
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一、开关主电路
典型的开关主电路有整流电路、 滤波电路、缓冲电路和逆变电路 构成。
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一、开关主电路
逆变电路
整流 电路
滤 波 电 路
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缓 冲 电 路
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二、驱动电路
驱动电路将控制电路的输出信号进行功 率放大，并向各开关管送去能使其饱和 导通和可靠关断的驱动信号。 现在驱动电路一般制成专用集成电路。
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IR2130原理
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The IR2130/IR2132(J)(S) is a high voltage, high speed power MOSFET and IGBT driver with three independent high and low side referenced output channels. Proprietary HVIC technology enables ruggedized monolithic construction. Logic inputs are compatible with CMOS or LSTTL outputs, down to 2.5V logic. A ground-referenced operational amplifier provides analog feedback of bridge current via an external current sense resistor. A current trip function which terminates all six outputs is also derived from this resistor.An open drain FAULT signal indicates if an over-current or under voltage shutdown has occurred. The output drivers feature a high pulse current buffer stage designed for minimum driver cross-conduction. Propagation delays are matched to simplify use at high frequencies. The floating channels can be used to drive Nchannel power MOSFETs or IGBTs in the high side c o n f i g u r a t i o n w h i c h南华大学电气工程学院t e u p t o 6 0 0 v o l t46s . opera 2013-7-9
1 K Ce
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调节特性曲线如下图所示
U0
2raTem 2U CT
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3、工作特性
电枢电流与输出转矩的关系、电机效率 和输出转矩的关系如图所示。
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§5.2
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无位置传感器化技术的方法，主要可分为反电势
法、电感法、磁链法、旋转坐标系法、观测器法、
卡尔曼滤波器法等
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近年，有人提出了一种新的无位置传感器的无 刷电动机，它不是利用反电势来检测转子位置， 而是通过贴于转子表面的非磁性导电材料，利 用定子绕组高频开关工作时非磁性材料上的涡 流效应，使开路相电压的大小随转子位置而变 化，从而可通过检测开路相电压来判断转子位 置，这种无位置传感器的无刷电动机克服了一 般无位置无刷电动机的起动和低速运行问题， 但该方法需要特殊的电机，对电机的制造工艺 提出了很高的要求。
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四、BLDCM运行与特性分析
1.电枢反应
电机负载时,电枢磁场对主磁场的影响称 为电枢反应。
电枢反应与磁路的饱和程度、转向、电 枢绕组联接方式、导通顺序和磁状态角的 大小有关。
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2.电枢反应的特点
两相导通星形三相六状态的电枢反应形成 两相绕组的合成磁势如图所示。
控制器
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a. 电机本体——定子部分
星形三相三状态
星形三相六状态
电枢绕组连接方式
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封闭三相三状态
星形四相八状态
星形四相四状态
封闭四相四状态
电枢绕组连接方式
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位置传感器的存在，增加了无刷直流电动机的 重量和结构尺寸，不利于电机的小型化；旋转 时传感器难免有磨损，且不易维护；同时，传 感器的安装精度和灵敏度直接影响电机的运行 性能；另一方面，由于传输线太多，容易引入 干扰信号；由于是硬件采集信号，更降低了系 统的可靠性。为适应无刷电动机的进一步发展， 无位置传感器应运而生。
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说明：
整流电路由变压器TR1和整流桥BR1组成， 将交流电源转换为直流电源。 滤波电路由大电容C2实现，直流电源的低通滤 波，形成低内阻硬特性的直流电源，并与绕组 感性负载交换无功功率。 缓冲电路由R3、D7 、C3组成的RDC缓冲电路 可以减少开关管承受的尖峰电压，提高主电路 的可靠性，是开关管工作在安全区域。 逆变电路由功率开关管T1～T6等组成，是开关 主电路的核心。
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b. 控制器
无刷直流电动机通过控制驱动电路中的功率开关器 件，来控制电机的转速、转向、转矩以及保护电机， 包括过流、过压、过热等保护。 控制电路最初采用模拟电路，控制比较简单。如果 将电路数字化，许多硬件工作可以直接由软件完成， 可以减少硬件电路，提高其可靠性，同时可以提高控 制电路抗干扰的能力，因而控制电路由模拟电路发展 到数字电路。
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电流流通路径为：电源正极->V1管->A相绕 组->B相绕组->V6管->电源负极。 依次类推，当转子继续沿顺时钟每转过60度 电角度时，功率开关的导通逻辑为：V3V2>V3V4>V5V4->V5V6->V1V6->V2V1…… 图5-12(b)为转子转过60度时转子位置，则 转子磁场始终受到定子合成磁场的作用并沿顺 时针方向连续转动。
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目前，控制电路一般有专用集成电路、微处理器和
数字信号处理器等三种组成形式。
对电机控制要求不高的场合，由专业集成电路组成
控制电路是简单实用的方法；由于数字信号处理器运 算快，外围电路少，系统组成简单、可靠，使得无刷 直流电动机的组成大为简化，性能大大改进，有利于 电机的小型化和智能化，因而数字信号处理器是控制
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以二相导通星形三相六状态无刷直流电动机为 例来说明其工作原理。 当转子永磁体位于5-12(a)所示位置时，转子位 置传感器输出磁极位置信号，经过控制电路逻 辑变换后驱动逆变器，使功率开关管V1、V6导 通，及绕组A、B通电，A进B出，电枢绕组在 空间的合成磁势Fa，如图5-12(a)所示，此时定 转子磁场相互作用拖动转子顺时钟转动。
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六、BLDCM运行特性
1.机械特性
2ra U 2U n T (r / min) 2 em Ce CeCT
机械特性曲线如右图所示。
2.调节特性
2raTem U0 2U CT
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Te CT I a ( N.m)
CT 4p
i
W
为转矩常数
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4、转速
U 2U 2I a ra n (r / min) Ce
5、电势系数与转矩系数
2p W (V / min) 电势系数为： K e 15 i
转矩系数为： KT 4 p W ( N .m / A)
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一、基本结构

永磁无刷直流电动机的基本构成包括电 动机本体、控制器和转子位置传感器三 部分，如图5-1所示：
控制器 电动机本体 输出
直流电源
转子位置传感器
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转子位置传感器
电动机本体
直流电源通过开关 线路向电动机定子绕 组供电，电动机转子 位置由位置传感器检 测并提供信号去触发 开关线路中的功率开 关元件使之导通或截 止，从而控制电动机 的转动。
a. 电机本体——转子部分
磁钢
铁心
转轴 a
b
永磁转子结构形式
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无刷直流电动机的基本结构如上图。图中电动机结 构与永磁式同步电动机相似，转子是由永磁材料制成 一定极对数的永磁体，但不带鼠笼绕组或其它启动装 置，主要有两种结构型式，如下图 中的(a)和(b)所示 。第一种结构是转子铁心外表面粘贴瓦片形磁钢，称 为凸极式；第二种结构是磁钢插入转子铁心的沟槽中 ，称为内嵌式或隐极式。 初期永磁材料多采用铁氧体或铝镍钴，现在已逐步 采用高性能钐钴或钕铁硼。