直流無刷電動機原理與控制
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圖9 起動電流的限制
三相Y聯(lián)結電路
三相半控電路結構簡單，但電動機本體的利用率很低，每個繞組只通電1/3周期，沒有得到充分的利用，而且在運行中轉矩波動較大。在要求較高的場合，一般均采用如圖10所示的三相全控電路。三相全控電路有兩兩換相和三三換相兩種方式
圖10 三相全控電路
在該電路中，電動機的三相繞組為Y聯(lián)結。如采用兩兩通電方式，當電流從功率管VF1和VF2導通時，電流從VF1流入A相繞組，再從C相繞組經VF2流回到電源。如果認定流入繞組的電流所產生的轉矩為正，那么從繞組所產生的轉矩為負，他們合成的轉矩大小為
，方向在Ta和-Tc角平分線上。當電動機轉過60度后，由VF1VF2通電換成VF2VF3通電。這時，電流從VF3流入B相繞組，再從C相繞組流出經VF2回到電源，此時合成的轉矩大小同樣為
。但合成轉矩T的方向轉過了60度電角度。而后每次換相一個功率管，合成轉矩矢量方向就隨著轉過60度電角度。所以，采用三相Y聯(lián)結全控電路兩兩換相方式，合成轉矩增加了
倍。每隔60度電角度換相一次，每個功率管通電120度，每個繞組通電240度，其中正向通電和反向通電各120度。其輸出轉矩波形如圖11所示。從圖中可以看出，三相全控室的轉矩波動比三相半控時小，從0.87Tm到Tm 。
圖11 全控橋輸出波形圖
三三通電方式，這種通電的順序為VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3。當VF6VF1VF2導通時，電流從VF1管流入A相繞組，經B和C相繞組分別從VF6和VF2流出。經過60度電角度后，換相到VF1VF2VF3通電，這時電流分別從VF1和VF3流入，經A和B相繞組再流入C相繞組，經VF2流出。在這種通電方式里，每瞬間均有三個功率管通電。每隔60度換相一次，每次有一個功率管換相，每個功率管通電180度。合成轉矩為1.5Ta.
三相Δ聯(lián)結電路也可以分為兩兩通電和三三通電兩種控制方式。
兩兩通電方式的通電順序是VF1VF2、VF2VF3、VF3VF4、VF4VF5、VF5VF6、VF6VF1、VF1VF2，當VF1VF2導通時，電流從VF1流入，分別通過A相繞組和B、C兩相繞組，再從VF2流出。這時繞組的聯(lián)結是B、C兩相繞組串聯(lián)后再通A相繞組并聯(lián)，如果假定流過A相繞組的電流為I，則流過B、C相繞組的電流分別為I/2。這里的合成轉矩為A相轉矩的1.5倍。
三三通電方式的順序是VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3，當VF6VF1VF2通電時，電流從VF1管流入，同時經A和B相繞組，再分別從VF6和VF2管流出，C相繞組則沒有電流通過，這時相當于A、B兩相繞組并聯(lián)。這時相當于A、B兩繞組并聯(lián)，合成轉矩為A相轉矩的
倍。
直流無刷電動機的微機控制
圖12示出采用8751單片機來控制直流無刷電動機的原理框圖。8751的P1口同7406反相器聯(lián)結控制直流無刷電動機的換相，P2口用于測量來自于位置傳感器的信號H1、H2、H3，P0口外接一個數模轉換器。
圖12 直流無刷電動機計算機控制原理圖
換相的控制
根據定子繞組的換相方式，首先找出三個轉子磁鋼位置傳感器信號H1、H2、H3的狀態(tài)，與6只功率管之間的關系，以表格形式放在單片機的EEPROM中。8751根據來自H1、H2、H3的狀態(tài)，可以找到相對應的導通的功率管，并通過P1口送出，即可實現(xiàn)直流無刷電動機的換相。
起動電流的限制
主回路中串入電阻R13，因此Uf=R13*IM，其大小正比于電動機的電流IM。而Uf和數模轉換器的輸出電壓U0分別送到LM324運算放大器的兩個輸入端，一但反饋電壓大于Uf大于來自數模轉換的給定信號U0，則LM324輸出低電平，使主回路中3只功率管VF4、VF6、VF2不能導通，從而截斷直流無刷電動機定子繞組的所有電流通路，迫使電動機電流下降，一旦電流下降到使Uf小于U0，則LM324輸出回到高電平。主回路又具備導通能力，起到了限制電流的作用。
轉速的控制
在直流無刷電動機正常運行的過程中，只要通過控制數模轉換器的輸出電壓U0，就可控制直流無刷電動機的電流，進而控制電動機的電流。即8751單片機通過傳感器信號的周期，計算出電動機的轉速，并把它同給定轉速比較，如高于給定轉速，則減小P2口的輸出數值，降低電動機電流，達到降低其轉速的目的。反之，則增大P2口的輸出數值，進而增大電動機的轉速。
PWM控制的實現(xiàn)
轉速控制也可以通過PWM方式來實現(xiàn)。圖13和圖14為PWM控制實現(xiàn)直流無刷電動機轉速的控制。
圖13 PWM控制原理圖
圖14 PWM控制原理圖
直流無刷電動機的正轉反轉，通過改變換相次序來改變其轉動方向。具體做法只需要更換一下?lián)Q相控制表。
變結構控制的實現(xiàn)
當直流無刷電動機處于起動狀態(tài)或在調整過程中，采用直流無刷電動機的運行模式，以實現(xiàn)動態(tài)相應的快速性，一旦電動機的轉速到了給定值附近，馬上把它轉入同步電動機運行模式，以保證其穩(wěn)速精度。這時計算機只需要按一定頻率控制電動機的換相，與此同時，計算機在通過位置傳感器的信號周期，來測量其轉速大小，并判斷它是否跌出同步。一旦失布，則馬上轉到直流無刷電動機運行，并重新將其拉入同步。
圖15 直流無刷電動機的變結構控制
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