無傳感器、無電刷的電動機(jī)控制設(shè)計實(shí)現(xiàn)

　　廣義來講，常用的無電刷電動機(jī)分兩類∶無電刷直流（BLDC）電動機(jī)和無電刷交流電動機(jī)（在別的情況稱永磁同步電動機(jī)（PMSM）），兩類中皆包含產(chǎn)生激勵磁場的永磁轉(zhuǎn)子及安排作二相或三相的定子繞組。在無電刷直流電動機(jī)中安排繞組使到每一相在沿著定子的空氣隙中產(chǎn)生一個梯形磁場。在永磁同步電動機(jī)中旋轉(zhuǎn)場是正弦的。

圖2. 56F8013 DSC結(jié)合數(shù)字信號處理及專用電動機(jī)控制外圍設(shè)備。

　　工作原理

　　在永磁同步電動機(jī)中，以三相正弦電壓方式（120°相移）施加於定子繞組上，這樣在轉(zhuǎn)子周圍建立一個旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子找尋與這旋轉(zhuǎn)定子場對齊，故此，當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子磁通分隔90°時造出的轉(zhuǎn)距便是最大，又當(dāng)磁通對齊時轉(zhuǎn)距是零。最後，轉(zhuǎn)子速度等於定子頻率，因?yàn)檫@緣故，這類電動機(jī)被稱為同步，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可由調(diào)節(jié)三相電源的頻率來控制。

　　永磁同步電動機(jī)在某些方面較無電刷直流電動機(jī)優(yōu)勝，包括轉(zhuǎn)距紋波小、可聞噪聲低，以及更能夠在低速工作。而另一方面，電動機(jī)結(jié)構(gòu)大多復(fù)雜，需要精密的控制算法。電動機(jī)一般備有一個正交編碼器（quadratur encoder）檢測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速回饋；有時還要用霍爾傳感器檢知起始位置。

　　在無電刷直流電動機(jī)中，定子各相被饋以一序列的梯形電壓，這樣混合一起便造出一個有矩形空間分布的旋轉(zhuǎn)磁場，在圖1所示的簡化雙極模型中有助於了解這類電動機(jī)的基本原理。

　　饋電線圈U和W建立磁場，指向如圖中的N’和S’，因此轉(zhuǎn)子以其N-S方向即經(jīng)過一個力矩，并開始旋轉(zhuǎn)；須注意，起初兩磁場是90°移動，經(jīng)過30°旋轉(zhuǎn)後，定子被換向，以至新的形式下產(chǎn)生的定子場是與轉(zhuǎn)子場移位120°，正如解釋，轉(zhuǎn)子勢必跟隨定子場，以至移位再減少至60°，在此時執(zhí)行新的換向，并且該形勢繼續(xù)重復(fù)下去，於是獲得360°旋轉(zhuǎn)。

　　將給線圈的電源換向的正確時間由三個放置在電動機(jī)內(nèi)里的霍爾傳傳感器來決定，因此，只要令磁場常操作於60°與120°之間移位及以90°為中界，六種不同形式便可造出最大效率，須記著最大轉(zhuǎn)矩是於定子場與轉(zhuǎn)子場是90°移位時得到的，顯而易見，由無電刷直流電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，特徵是有明顯的波動。