三相直流無刷電動(dòng)機(jī)變頻控制的遠(yuǎn)洋捕撈裝置電路設(shè)計(jì)

圖3-2 直流無刷電動(dòng)機(jī)的控制原理簡(jiǎn)圖

主電路是一個(gè)典型的電壓型交-直-交電路，逆變器提供等幅等頻5－24KHz調(diào)制波的對(duì)稱交變矩形波。永磁體N-S交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差120°的H3、H2、H1方波，從而產(chǎn)生有效的六狀態(tài)編碼信號(hào)：010、011、001、101、100、110，通過邏輯組件處理產(chǎn)生V6－V1導(dǎo)通、V5－V6導(dǎo)通、V4－V5導(dǎo)通、V3－V4導(dǎo)通、V2－V3導(dǎo)通、V1－V2導(dǎo)通，也就是說將直流母線電壓依次加在U－>V、W－>V、W－>U、V－>U、V－>W、U－>W上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對(duì)N-S極，V1、V2、V3、V4、V5、V6各功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸線在空間轉(zhuǎn)動(dòng)60°電角度，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)于60°電角度空間位置，轉(zhuǎn)子在新位置上，使位置傳感器U、V、W按約定產(chǎn)生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導(dǎo)通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸再前進(jìn)60°電角度，如此循環(huán)，直流無刷電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

本方案采用120度方波的算法驅(qū)動(dòng)IPM的內(nèi)置IGBT從而來驅(qū)動(dòng)直流無刷電動(dòng)機(jī)。對(duì)IGBT信號(hào)的分配必然和電動(dòng)機(jī)的位置有著緊密的聯(lián)系，從BLDC的霍爾傳感器反饋回來的位置信號(hào)經(jīng)過編碼后是：010、011、001、101、100和110六種狀態(tài)，所以可以根據(jù)這六種位置狀態(tài)信息來分配IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在這里我們優(yōu)先選用了IGBT的上橋臂用分配PWM信號(hào)，下橋臂分配高低電平的驅(qū)動(dòng)方式，所以可以通過改變上橋臂PWM的占空比來改變加在直流無刷電動(dòng)機(jī)上的端電壓。信號(hào)分配和位置關(guān)系如圖3-3所示。

圖3-3 轉(zhuǎn)子位置驅(qū)動(dòng)信號(hào)關(guān)系

其中：V1、V2、V3、V4、V5和V6表示IGBT組成的三相全控橋電路，上橋的V1、V3和V5三個(gè)功率管，下橋的V2、V4和V6三個(gè)功率管，分別控制這U、V和W三相直流電的流向，如圖1－1所示連接方式。H1、H2和H3是霍爾傳感器的三個(gè)信號(hào)出線。

如果正轉(zhuǎn)的位置信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)的關(guān)系如圖2所示：010（H3 H2 H1）V6－V1、011（H3 H2 H1）V5－V6、001（H3 H2 H1）V4－V5、101（H3 H2 H1）V3－V4、100（H3 H2 H1）V2－V3、110（H3 H2 H1）V1－V2的順序來?yè)Q流的話，那幺我們可以同樣根據(jù)位置信號(hào)給出反轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的換流關(guān)系。即：001（H3 H2 H1）V1－V2、011（H3 H2 H1）V2－V3、010（H3 H2 H1）V3－V4、110（H3 H2 H1）V4－V5、100（H3 H2 H1）V5－V6、101（H3 H2 H1）V6－V1。具體電機(jī)的相序一定要搞清楚，如果換流不對(duì)或不當(dāng)?shù)脑捴绷鳠o刷電動(dòng)機(jī)就會(huì)左右振動(dòng)根本旋轉(zhuǎn)不起來，或者電流很大且電流波形是不對(duì)的。

通過上述控制信號(hào)來控制各個(gè)功率管的on/off，使得電流依序流入U(xiǎn)、V、W三相線圈，而在直流無刷電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖3-4所示，指出了在控制信號(hào)的作用下各相的電壓、電流方向的關(guān)系。

圖3-4 電流時(shí)序

在控制功率組件的信號(hào)中加入PWM，調(diào)整PWM的占空比，即輸出PWM的Duty，使得調(diào)整輸入電動(dòng)機(jī)的端電壓的大小，進(jìn)而控制直流無刷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，其中控制信號(hào)PWM的加入有四種方式：上相PWM、下相PWM、前半PWM和后半PWM。如圖3-5所示。