PDF《无刷直流 （BLDC） 电机的无传感器梯形控制》

2013 无刷直流 (BLDC) 电机的无传感器梯形控制 SPRABQ7 ― http://www-s.ti.com/sc/techlit/SPRABQ7 版权 ? 2013, Texas Instruments Incorporated BLDC 电机控制 www.ti.com.cn 此,出于成本和简单性的考虑,很多电机(类似于梯形的正弦曲线)由直流驱动(低分辨率位置传感器 和单个低成本电流传感器),从而在效率和动态运行方式之间达到平衡. ? C2000 数字信号处理器 (DSP) 控制器处理的数字技术使得为每个电机类型选择适当的控制技术成为可 能:处理能力被用来从机器获得最佳性能,并且减少系统成本. 可能的选项是使用无传感器技术来减少 传感器成本,或者甚至免除对它们的需要,并且复杂算法可有助于简化机械驱动链设计,从而降低了系 统成本.

3 BLDC 电 电机 机控 控制 制BLDC 电机的有效转矩和速度控制的关键是基于相对简单地转矩和反电动势等式,这与直流电机的那些等式 相类似. 反电动势振幅可表示为: 而转矩项为: 在这里,N是每相位绕组匝数的数量,I是转子的长度,r是转子的内部半径,B是转子磁体磁通密度,w是电 机的角速率,I是相位电流,L是相位电感,θ 是转子位置,R 是相位电阻. 转矩表达式中的头两项是寄生磁阻转矩分量. 第三项产生互转矩,这是在 BLDC 电机情况下使用的转矩产 出机制. 总之,反电动势与电机速度直接成比例,而转矩产量大体上与相位电流直接成正比. 这些因素导 致图 2中显示的 BLDC 电机速度控制系统配置.

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2013 SPRABQ7 ― http://www-s.ti.com/sc/techlit/SPRABQ7 版权 ? 2013, Texas Instruments Incorporated www.ti.com.cn BLDC 电机控制 图图2. 针 针对 对一 一个 个BLDC 电 电机 机的 的速 速度 度和 和电 电流 流控 控制 制环 环路 路配 配置 置BLDC 电机的特点是两相位打开运行以控制反相器. 在这个控制系统配置中,转矩产量遵循的原则是每次电 流应该只流入三相中的两个,并且在反电动势过零区域中不应该产生转矩.图 3描述了两相位打开运行中 BLDC 电机内的电气波形. 这个控制结构具有几个优势: ? 一次只需要控制一个电流 ? 只需要一个电流传感器(或者如下一个部分详述的那样,只针对速度环路的话,无需电流传感器) ? 电流传感器的定位可将低成本传感器用作一个分路 BLDC 电机的原理始终是为相位对加电,这可产生最高的转矩. 为了优化这个效果,反电动势形状为梯形. 理论上,直流与梯形反电动势的组合使得有可能产生一个恒定转矩. 实际上,不应在一个电机相位中即时建 立电流;

因此,转矩纹波出现在每次 60°相位换相时.

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2013 无刷直流 (BLDC) 电机的无传感器梯形控制 SPRABQ7 ― http://www-s.ti.com/sc/techlit/SPRABQ7 版权 ? 2013, Texas Instruments Incorporated 系统拓扑 www.ti.com.cn 图图3. 两 两相 相打 打开 开运 运行 行和 和转 转矩 矩纹 纹波 波内 内的 的电 电气 气波 波形 形 如果使用的电机具有一个正弦反电动势形状,可采用这个控制,但是产生的转矩为: ? 非恒定但是由一个正弦波的部分组成. 这是由于它是一个梯形电流控制策略和一个正弦波反电动势的组 合. 请牢记,由正弦波策略(三相打开)控制的正弦波反电动势波形电机产生恒定转矩. ? 产生的转矩值变弱. 图图4. 正 正弦 弦波 波电 电机 机内 内的 的转 转矩 矩纹 纹波 波被 被控 控制 制为 为一 一个 个BLDC