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同步电机之关于永磁无刷直流电动机的转子位置反馈电路

[点击量:6005][来源:立新]

2013-09-13

同步电机之关于永磁无刷直流电动机的转子位置反馈电路

    转子位置反馈电路的作用是检测转子磁极相对于定子绕组的位置信号,为逆变器提供正确的换相信息。在无刷直流电动机中,常用的位置传感器主要包括磁敏式、电磁式、光电式、接近开关式、旋转变压器式和旋转编码器式等。其中磁敏式传感器主要是由霍尔元件或霍尔集成电路构成的,霍尔元件式位置传感器由于结构简单、性能可靠、成本低,是目前在无刷直流电动机上应用最多的一种位置传感器。

霍尔元件是利用霍尔效应原理制成的,霍尔效应原理如图9一6所示,在长方形半导体薄片上通以电流I 。,当将半导体薄片置于外磁场中,并使其与外磁场垂直时,则在与电流IH和磁感应强度B构成的平面相垂直的方向上会产生一个电动势E 。,称其为霍尔电动势,其大小为。

霍尔元件所产生的电动势很低,通常将霍尔元件与附加的放大电路封装成三端模块,构成霍尔集成电路。霍尔集成电路分开关型和线性型两种。通常采用开关型霍尔集成电路作为位置传感元件。例如US1881霍尔集成电路,其电路示意图如图9一7所示。由于其输出是OC集电极开路输出,在使用中需要外接上拉电阻。霍尔传感器的安装精度对于无槽无刷直流电动机的运行性能有较大的影响。在安装时不但要保证三个霍尔开关在空间彼此相差1200电角度,同时还必须保证霍尔元件与定子绕组的相对位置正确。

9 . 4功率开关器件选取

在9 . 1节中已讨论过无刷直流电动机逆变主电路的形式,知道通常采用三相星形六状态桥式主电路,功率开关器件主要由功率MOSFET 、 IGBT或智能功率模块(IPM)等全控型电子功率开关组成。MOSFET具有工作频率高(几十千赫至几百千赫,低压管可达兆赫),开关损耗很小,安全工作区宽,几乎不存在二次击穿问题,漏极电流为负温度特性(易并联),输人阻抗大,是电压控制型自关断器件。但由于其导通电阻与护’成正比,随着电压的增加,开关管上的压降会按2 . 5次方上升,损耗的功率就会非常大,这就限制了MOSFET在高频大功率中的应用。IGBT具有MOS和双极型器件的突出优点,可以实现高压、大电流的应用,一般情况下其最大工作频率为20kHz左右,但价格较贵。IPM是在IGBT的基础上加上驱动和保护电路,因此称为智能功率模块,价格最贵。

对于低压小功率电动机功率开关器件,主要选择功率MosFET 。 MosFET是FET ( Field Effect Transistor)的一种,功率MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流的,因此它的第一个显著特点是驱动电路简单,需要的驱动功率小;其第二个显著特点是开关速度快、工作频率高。其热稳定性好,几乎不存在二次击穿现象。但其电流容量小、耐压低,一般只适用于功率较小的电力电子装置。对于功率开关器件的选取一般应留有一定余量,其反向耐压应取工作电压的2一3倍,额定电流应取实际电流的1 . 5一3倍。

9 . 5驱动器典型应用电路

MC33035专用集成电路和功率MOSFET典型驱动电路如图9一8所示,它是无刷直流电动机正常运行并实现各种调速功能的指挥中心,主要完成以下功育台:

l)对转子位置传感器输出的信号、 PWM控制信号、正反转和停车等信号进行逻辑综合,以给驱动电路提供各开关器件的斩波信号和选通信号,实现电动机的正反转及停车控制;

2)产生PwM控制信号,使电动机的电压随给定速度信号而自动变化,实现电动机开环调速;

3)对电动机进行速度闭环调节和电流闭环调节,使系统具有较好的动态和静态性能;

4)实现短路、过电流和欠电压等故障保护功能等。该电路具有构成简单、调试方便、开发周期短、性能稳定等特点。但由于完全由硬件电路构成,功能比较单一,很难进行扩展,无法实现复杂的控制算法和智能化控制。

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