无刷直流电机驱动

定义:采用正弦永磁交流(PMAC)电机的自动控制变频驱动器称为无刷直流电机驱动.无刷直流电动机驱动器具有无需维护、使用寿命长等优点。它们还具有低频、低惯性和摩擦,以及低射频干扰和噪声。驱动的唯一缺点是成本高,启动扭矩低。

无刷的直流电机驱动用于唱机,录音机的磁带驱动器,计算机硬盘的主轴驱动器,计算机外围设备仪表和控制系统的低功耗驱动器。它们还应用于航空航天、生物医学和驱动冷却风扇等领域。

三相二极梯形PMAC电机的截面如下图所示。这个驱动器有一个宽极弧的永磁转子。驱动器的定子有三极绕组,位移为120º,每相绕组每侧跨度为60º。

cross-section-pmac-motor

三相感应电压如下图所示。得到梯形波形的原因是,当转子逆时针方向旋转,然后从位置120º旋转所有阶段的最高指挥将连接南极和所有阶段的底部将链接北极。

电压波形

在120º旋转和超过120º旋转时,A相感应到的电压是相同的,一些导体在顶部连接的北极,另一些在南极。同样地,电压也会感应到底部导体中。在接下来的60º旋转中,波电压诱导A相线性反转。同样地,B相和C相也感应出电压。

无刷的直流电机驱动采用电压源逆变器和梯形PMAC电机,如下图所示。定子绕组为星形连接。梯形PMAC电机的相位电压波形如下图所示。

brushless-dc-motor-drive-diagram-1

给定子绕组一个电流脉冲,每个脉冲持续120º,并且位于感应电压恒定和最大的区域。电流脉冲的极性与感应电压的极性相同。气隙磁通是恒定的,感应电压与转子的速度成正比。

brushless-dc-motor-drive-equation-1

在每个60º内部的电流进入一相和走出另一相,因此,在每个这样的间隔供电电机表示为

brushless-dc-motor-drive-equation-2

由电动机产生的转矩

brushless-dc-motor-drive-equation-3

扭矩的波形如下图所示。扭矩正比于直流电源链中的电流。驱动的再生断路是通过反相电流获得的,因此电流源Id也将逆转。电源从机器流向逆变器,又从逆变器流向直流电源。

torque-waveform

当驱动速度逆转时,感应电压的极性逆转,驱动给出再生制动操作,当电流方向反转时,得到电机运行。电流波形如下图所示。

电流波形

无刷直流电机驱动的类型

无刷的直流电机驱动主要分为两种类型,即低成本无刷直流电动机驱动和单相无刷直流电动机驱动。下面将详细说明它们的类型。

低成本无刷直流电机驱动

该驱动器只有三个晶体管和三个二极管转换器,只能为三相电机提供正电流或正电压。感应电压和电流提供给电机用于电机和制动操作。当向电机提供120º正电流脉冲时,电机动作为逆时针方向。当这些脉冲被移到180º,然后获得制动动作

low-cost-three-phase-brushless-dc-motor-driveA相的电流由可控硅T控制r1二极管D1.当Tr1在源V上d是通过线圈A连接的I的变化率一个是正的。当Tr1是否断开电流I一个飞轮通过二极管D1I的变化率一个是负的。因此,在0 ~ 120º,Tr1可交替开关。所以电流I一个做一个矩形参考电流I一个在磁滞带内。

单相无刷直流电机驱动

的单相无刷直流电机驱动如下图所示。让我们考虑电机由如图所示的矩形电流波形的半桥单相变换器供电。

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电机产生的转矩脉动很大。当电机高速运行时,转矩波动会被电机负载系统的惯性过滤掉,电机负载系统给匀速运行。

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