一種通用型三相無感無刷直流電機控制器設(shè)計

作者 徐敬成¹凌云¹侯文浩¹李明²1.湖南工業(yè)大學電氣與信息工程學院(湖南株洲412007)2.湖南工業(yè)大學理學院(湖南株洲412007)

      摘要：當電機控制應(yīng)用場合需要多種無感無刷電機時，由于不同電機換相頻率和轉(zhuǎn)動力矩等參數(shù)不同，需要設(shè)計相應(yīng)的控制器，成本較高。針對該問題設(shè)計了一套通用型三相無感無刷電機控制器，通過設(shè)置驅(qū)動芯片F(xiàn)T300的電機驅(qū)動模式即可合理配置控制器參數(shù)，從而起到節(jié)能降耗的作用。實驗結(jié)果表明采用該控制器驅(qū)動電機，在設(shè)置最佳驅(qū)動模式的情況下能有效降低能耗。

      關(guān)鍵詞：無感無刷電機;換相頻率;轉(zhuǎn)動力矩;控制器;FT300

*基金項目：湖南省教育廳基金(16C0473)、湖南省自然科學基金(2015JJ5025)、電傳動控制與智能裝備湖南省重點實驗室(2016TP1018)資助項目。徐敬成，1991年出生，工學碩士，主要研究方向為現(xiàn)代電力電子技術(shù)及系統(tǒng)、單片機及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用等;凌云，1965年出生，湖南工業(yè)大學教授，主要從事復雜工業(yè)過程建模與優(yōu)化控制，單片機及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用等方面的研究。

　　0 引言

　　無刷直流電機是一類具備交、直流電機眾多優(yōu)點的機電一體化產(chǎn)品^[1]。1962年首次研制成功的有感無刷電機采用霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)子位置傳感器來實現(xiàn)換相。隨后通過電機線圈反電勢和其它電氣參數(shù)計算轉(zhuǎn)子位置技術(shù)的發(fā)現(xiàn)使得無感無刷電機得到不斷推廣。無感無刷電機結(jié)構(gòu)較為簡單，隨著技術(shù)的進步其換向準確度和精度不斷提高，在對噪音、壽命、效率等性能要求較高的場合有著廣泛應(yīng)用。

　　由于不同類型的無刷直流電機在啟動時要求的轉(zhuǎn)矩、時間、轉(zhuǎn)速范圍等特性差異較大^[2]，這些參數(shù)可以反映在不同電機的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩(N/T)曲線上。在某些電機控制應(yīng)用場合如綜合作業(yè)或者研發(fā)測試平臺等往往需要不同性能電機的配合，另外在某些應(yīng)急備用電機驅(qū)動器研發(fā)中也需要考慮到產(chǎn)品兼容性。針對不同無感無刷電機需要設(shè)計相應(yīng)的調(diào)速控制器的方案成本較高。本文設(shè)計了一種通用型無感無刷電機驅(qū)動器，能有效提高能源利用率，降低能耗。

　　1 硬件電路介紹

　　本文設(shè)計的無感無刷直流電機驅(qū)動控制器由供電單元、驅(qū)動控制單元、輔助控制單元、預驅(qū)動及逆變器單元四部分組成，其中供電單元主要為系統(tǒng)各模塊提供不同等級的電源電壓，驅(qū)動單元用于電機驅(qū)動控制，輔助控制單元配合驅(qū)動單元實現(xiàn)液晶顯示、閉環(huán)調(diào)速^[3]以及模式設(shè)置等功能，預驅(qū)動及逆變器單元則用于直接驅(qū)動電機。

　　1.1 供電單元電路設(shè)計

　　供電單元電路如圖1所示。工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波后，由三端穩(wěn)壓芯片分別得到15V、6V和3.3V的正電源電壓。此外針對其它額定電壓的電機需要額外增加穩(wěn)壓模塊以實現(xiàn)電壓等級匹配。

　　1.2 驅(qū)動控制單元電路設(shè)計

　　驅(qū)動控制單元電路如圖2所示。選用峰岹公司的一款三相無感BLDC驅(qū)動芯片F(xiàn)T300。該芯片供電電壓范圍為6~28V，根據(jù)預驅(qū)動及逆變器的規(guī)格可以驅(qū)動額定電壓范圍在36V~310V的三相無感無刷電機，具有較好的啟動適應(yīng)性和魯棒性^[3]。