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利用线性霍尔元件作转子位置传感器的正弦波驱动

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点击次数:更新时间:2018-06-28 16:06:16

在无刷直流电动机的气磁场设计为正弦波分布的磁场,用三个线性需尔传感器度120°空间放置在气隙磁场中时,它们的输出电压交流分量是三相正弦发信号,控制器以此信号转换为三相正弦波电流信号。

这种方法的缺点是,线性尔传感器的电动势系数随路境温度变化时,会对电路的控制增益产生一定的影响。采用温度补偿电路进打补信可以改善。

另一方法是以交流激励的线性尔元件普代旋转变压器得正弦电换相控制信号。在常规正弦波驱动使用多极旋转变压器作为位置传感器时,旋转变压器一次侧是一固定额率f的交流激励电压,二次侧两相输出电压是被频率调制的。它们的幅值分别与转子转角呈现正弦和余弦关系。如果在电动机正弦分布磁场的气中,安放两个线性需尔元件,它们之间的位置相差90°电角度,在线性尔元件的电流人加交流激励电压,当电动机旋转时,两霍尔元件产生的交流调制电压信号就类似于旋转变压器二次侧两相输出的信号。然后,伤照旋转变压器方法,将输出的两个电压经放大后送到轴角变换器(例如ADS82)轴角变换器输出表示转角信号,再将其信号速由 THRUM构成的译码器,可获得三相正弦波电流控制信号。

这种方法理论上可行,但实际上很少采用,下面介的利用开关型霍尔集成电路的数字电流控制信号控制方案得到普遍认可和实际应用。

利用开关型霍尔集成电路作转子位置传感器的正弦波驱动

基于低分辨率转子位置信息的高分率转子位置识别新思路

正弘波驱动器是一个数字型动器,内含数子处理器。此数字处理器需要位置反馈的信息,使正弦波相电流的变化与转子位置一一对应。

正弦波驱动器要求电动机安装一个高分率位置反馈装置,能提供接近正弦波函数的位置数值比较产生电动机所需的转是信息,解算器(旋转变压器)或光电编码器是最遍使用的位置反馈装置。这些位置传感器价格高,尺寸大,安装要求高,是得正弦驱动在小功率电动机应用的主要原因之一。

近年,这个问题得到突破性进展,提出了高分事转子位置识别新思路。这种转子位置识别新思路是:基于较低分率无刷直流电动机转子位置信息。利用数字控制技术。产生出较高分率转子位置信息。

其核心原理简述如下:利用开关式尔集成电路等简易的位置传感器,当电动机转动后,在一个电气周期内取得有限个点的位置信息。在时序图中,此位置信息为一脉冲串。其脉冲间隔时间对应于转子位置点和点之间的角度,然后利用相倍餐技术等转换技术,由此脉冲中,可以得到N倍的更高倾的脉冲串。即对原脉冲间隔时间进行了N细分,面且它们之间是同步的。从而,相应地将转子位置分率提高了N倍。

也可采用无刷直流电动机无传感器控制技术。例如,利用电感法、反电动势法等方法先得到较低分所率转子位置信息,然后以数字方法产生出较高分种率转子位置信息。

这里还有一个电机起动的问题,通常。先利用尔位置传感器按方波驱动方式起动,到达一定转速后。切换到按正弦波密动。或像一般的无传感器控制方法那样。用开环升频方式起动。

基于上述原理,无刷直流电动机只要安装香通的开关式霍尔传感器,甚至无位置传感器,就能实现正弦波驱动。使用通单片机和一硬件电路即可完成这个任务。

图14-1给出这种正弦波驱动转速控制系统原理框图。它采用三个开关式霍尔传感器工作。为能够确定电机转向。至少需要安放两个霍尔传感器。图中略去电流环部分。

结合图14-1解说这种低成本正弦波驱动的基本工作原理

 

14-1正弦波坐动同速控制系统原理图

1。三相正弦波信号的生成

电机安放有三个霍尔位置传感器,它将一个换相周期划分为6个状态,每一个状态60°电角度。当电机运转时,利用三相霍尔位置传感器信号测出换相周期和每个状态的时间,确定了转子的绝对位置。通常利用便相倍方法,由霍尔位置传感器信号得到细分的转子位置,即由低分率转子位置获得高分牌率转子位置信息。然后,利用高分脾率转子位置数字信号作为EPR0M的地址。采用查表译码与实时计算相结合的方法生成三相正弦波信号。并利用需尔位置传感器信号计算出电机转速和确定电机转向

2。SPWM波的产生

在速度环,给定转速指令值与计算的转速比较得到转速误差值,在乘法器中三相正弦波信号乘以该误差值调节三相正波信号的幅值,控制5M发生器,再利用换相正回得到六路按照正弦规律变化的脉宽调制波5%M来控制逆变器的6个开管工作,实现电机的正弦波驱动。为了确保电机能够平稳运行,需要先将此转速误信号经过n调节后产生个输出控制量,用于调节正弦波幅值,达速度闭环控制时补偿转速误差的目的,它决定了电机应该升速还是减速。当误差值>0,正弦发船值增大,SFM波占空比增大,电机加速当误差值<0,正弦波幅值减小,SPWM波占空比减小,电机减速

3。电机的起动

以无刷直流电动机方波动方式起动电机,与此同时,单片机不断测电机转速(为了避免发生积分饱和,此时并不进行H调节,SFM信号无输出)。当检测到转定转速误差时,利用逻氯处理单元封方波信号的输出,开启SM输出通道,切换到正弦波动方式。从而使得电机能利起动,并解决了转子位置初始化的问题这种低成本正弦波驱动方盐在不需要高分率转子位置传感器的情况下实现,这种方法突破了正弦波驱动的价格局限,仍可有效地解决 BLDCM方波驱动的转量波动和声问题因适用于一些对要求低价格,控制精度要求又不十分高的无刷直流电动机享动场合。扩展性能优异的正弦波驱动方式的应用空间。

许多8位或16位微控制器(MCU),数字信号处理器(DP)可用于低成本正弦波驱动。下面介绍两家国外半导体公司的低成本正弦波驱动专用恶片,可供选择使用

 



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