一種通用型三相無感無刷直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)

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

      摘要：當(dāng)電機(jī)控制應(yīng)用場合需要多種無感無刷電機(jī)時(shí)，由于不同電機(jī)換相頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩等參數(shù)不同，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制器，成本較高。針對該問題設(shè)計(jì)了一套通用型三相無感無刷電機(jī)控制器，通過設(shè)置驅(qū)動(dòng)芯片F(xiàn)T300的電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用該控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在設(shè)置最佳驅(qū)動(dòng)模式的情況下能有效降低能耗。

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

*基金項(xiàng)目：湖南省教育廳基金(16C0473)、湖南省自然科學(xué)基金(2015JJ5025)、電傳動(dòng)控制與智能裝備湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(2016TP1018)資助項(xiàng)目。徐敬成，1991年出生，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代電力電子技術(shù)及系統(tǒng)、單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用等;凌云，1965年出生，湖南工業(yè)大學(xué)教授，主要從事復(fù)雜工業(yè)過程建模與優(yōu)化控制，單片機(jī)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(jī)是一類具備交、直流電機(jī)眾多優(yōu)點(diǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品^[1]。1962年首次研制成功的有感無刷電機(jī)采用霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)子位置傳感器來實(shí)現(xiàn)換相。隨后通過電機(jī)線圈反電勢和其它電氣參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置技術(shù)的發(fā)現(xiàn)使得無感無刷電機(jī)得到不斷推廣。無感無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡單，隨著技術(shù)的進(jìn)步其換向準(zhǔn)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(jī)在啟動(dòng)時(shí)要求的轉(zhuǎn)矩、時(shí)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(jī)的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩(N/T)曲線上。在某些電機(jī)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(jī)的配合，另外在某些應(yīng)急備用電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的調(diào)速控制器的方案成本較高。本文設(shè)計(jì)了一種通用型無感無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jì)的無感無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器由供電單元、驅(qū)動(dòng)控制單元、輔助控制單元、預(yù)驅(qū)動(dòng)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(dòng)單元用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，輔助控制單元配合驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)液晶顯示、閉環(huán)調(diào)速^[3]以及模式設(shè)置等功能，預(yù)驅(qū)動(dòng)及逆變器單元?jiǎng)t用于直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

　　1.1 供電單元電路設(shè)計(jì)

　　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(jī)需要額外增加穩(wěn)壓模塊以實(shí)現(xiàn)電壓等級匹配。

　　1.2 驅(qū)動(dòng)控制單元電路設(shè)計(jì)

　　驅(qū)動(dòng)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(dòng)芯片F(xiàn)T300。該芯片供電電壓范圍為6~28V，根據(jù)預(yù)驅(qū)動(dòng)及逆變器的規(guī)格可以驅(qū)動(dòng)額定電壓范圍在36V~310V的三相無感無刷電機(jī)，具有較好的啟動(dòng)適應(yīng)性和魯棒性^[3]。