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无刷直流电机电流环驱动控制技术应用

来源:北京kok体育苹果版电机有限公司作者:李利网址:浏览数:6645


1引言

   无刷直流电动机具有类似直流电动机的优良控制特性,与矢量控制的异步电动机相比,无刷直流电动机又具有以下优点:永磁励磁,效率高;控制简单,磁场定向控制转化为转子位置控制;因转子无励磁损耗,不会引起与转子直接相联的旋转件的热效应,保证了工作机械装备的高精度。上述优点,加上近年来新型高性能稀土永磁材料的开发应用,使得无刷直流电动机作为中小功率高性能调速电机和伺服电机的应用越来越广泛。

2 PWM驱动控制简述

   无刷电机有方波驱动和正弦渡驱动控制两种。本文讨论的是前者。三相无刷直流电机共有6个驱动象限,在双极性驱动方式中,每一驱动象限分别由4个MOSFET构成桥式电路,在PWM驱动信号控制下,对电机相应绕组提供电流驱动,PWM在50%占空比下.实现停转。霍尔位置传感器完成电机象限检测,输出信号进入状态分配电路控制切换不同的MOS—FET轮流导通。

3电流环控制技术的实现

3 .1无刷直流电机电流环控制系统组成

   图1示出了无刷直流电机电流环控制系统的组成框图,在无刷电机转速电流双闭环控制系统中,用电流环作为内环、转速环作为外环,为了获得良好的静、动态性能,双闭环控制系统的调节器一般采用PI调节器。

 

   图1无刷直流电机电流环控制系统的组成框图

3.2简单实用的电流环控制电路设计

   大多数的高性能无刷电机功放均带有电流环,这种类型的功放使用PWM技术控制电流来控制电机的输出力矩。为实现电流环控制,必须有一个能够检测电流的传感器。有多种方法实现无刷电机三相电流检测。

   (1)最常用的技术是简单地检测每一相的绕组电流。注意:三相电流Ia+Ib+Ic=0,所以不能简单地将三相检测电流相加,必须根据位置换向逻辑选择相应的电流传感作为检测电流输出。

   (2)另一种方法是只检测3相中的2相电流,因为Ia+Ib+Ic=0,所以Ic= 一(Ia+Ib)。第三相电流可以由另2相电

流合成,这样可以省略一个电流传感器。

   (3)在换向期间检测电源供给电流,然后与PWM频率合成来检测电机电流。

   本文采用第一种方法,分析其实现的方法:由无刷直流电机工作原理知道,电机相电流基波是120°矩形波,因而任一时刻只有两相通电,类似于一个直流电机,电流的换相则由转子位置检测器发出的转子位置逻辑信号控制。设无刷电机三相转子位置检测器发出的转子位置逻辑信号分别为SA、SB、Sc,在无刷电机三相绕组上各串一个电流传感器,传感器的输出量正比于原方电流,分别为ia,ib,ic则电流采样公式:

 用三选一模拟开关和可编程逻辑电路GAL很容易地实现上面的公式运算,图2示出了其逻辑电路,以SA、SB、Sc为模拟开关的控制信号,ia,ib,ic为模拟形状的输入量,输出量代表电机电枢电流id。

 图2用模拟开关实现电流合成

   我们在某机载雷达伺服系统设计中,采用了上述无刷直流电机电流环控制电路设计。电流检测传感器选用了美国Honevwell公司的CSNEl51—100,模拟开关选用AD7510,无刷直流力矩电机选用美国KOLLMORGEN公司的RBEH一01 81 3一BOO,电压50V,电流14A,频率20kHz,最大速度1 000r/min,实际的电流提取波形如图3所示。

    图3

   图3中,MA、MB、MC分别是从无刷直流电机三相绕组中取出的电流波形Isout则是通过AD7510台成后的电流采样波形(波形中的尖峰是由于AD7510的开关转换延时造成的t时间仅为250ns对电流环控制不会产生影响),实际测试表明,伺服系统性能指标得到很大提高。

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