電機變頻調(diào)速系統(tǒng)在冰箱中的應用

1、畢業(yè)論文電機變頻調(diào)速系統(tǒng)在冰箱中的應用學 生 姓 名： 指導教師： 專業(yè)名稱： 自 動 化 所在學院： 信息工程學院 2008年6月目 錄摘要Abstract第一章 引言11.1 課題研究背景及意義11.2 變頻冰箱國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3 本課題的工作2第二章 變頻壓縮機系統(tǒng)介紹32.1 變頻冰箱介紹32.2 變頻壓縮機的優(yōu)點和分類52.3 變頻壓縮機的基本結(jié)構(gòu)52.4 無刷直流電動機介紹62.5 無刷直流電動機的技術(shù)特點112.6 無刷直流電動機調(diào)速原理12第三章 無刷直流電動機控制器183.1 控制方案183.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計193.3 軟件設(shè)計25第四章 無刷直流電機在冰箱壓縮機上的應用

2、294.1 無刷直流電動機的設(shè)計294.2 設(shè)計要點31第五章 結(jié)論33致謝34參考文獻35摘 要上個世紀,我國生產(chǎn)的電冰箱絕大多數(shù)是定轉(zhuǎn)速式電冰箱，由于它處于全天工作，功耗及噪聲問題嚴重。而近幾年壓縮機采用了變頻技術(shù)，起動時運行平穩(wěn)，可以徹底消除起動噪聲，節(jié)能效果明顯。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，無刷直流電動機控制技術(shù)逐步成熟，為其應用于變頻冰箱壓縮機系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。加之市場競爭對冰箱節(jié)能、低噪聲提出的更高要求，使得無刷直流電動機應用于冰箱壓縮機的技術(shù)成為可能。本文重點介紹這種變頻冰箱壓縮機的工作原理及無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：變頻冰箱,壓縮機,無刷直流電動機Abstract Last

3、 century, most refrigerators producted in China were fix-speed,because they work day and night, so the problems of power consumption and noise are serious. In recent years,the technology of frequency variety adopted in compressor, which makes the system operate stably, and can eliminate the noise wh

4、en starting, and can save more energy. With the development of power electronics technology, the brushless DC motor control technology is more mature, it builds a good foundation for adopting in the frequency refrigerator compressor system. In addition, competition in the market requires low consump

5、tion and energy, it makes brushless DC motors used in refrigerator compressors become possible. This article focuses on the frequency of the working principle of refrigerator compressors and brushless DC motors structure.Key words: Frequency variety refrigerator, Compressor ,brushless DC motor 第一章 引

6、言1.1 課題研究背景及意義 近些年來，國內(nèi)經(jīng)濟增長勢頭迅猛，人民生活水平不斷提高。但是在經(jīng)濟發(fā)展的同時，能源緊張的問題也逐步暴露了出來。對于居民日常生活來說，耗電主要來自于電視、冰箱、空調(diào)、熱水器、電腦等家用電器,空調(diào)和冰箱的高耗電在居民生活用電中顯得尤為突出，而冰箱又是一個需要每時每刻通電的電器。正是在這樣的背景之下，提倡節(jié)能環(huán)保的變頻技術(shù)被引入中國，變頻冰箱應運而生，這也是社會新時代的需求和新技術(shù)的完美結(jié)合。變頻技術(shù)不但給冰箱帶來功能的增加, 性能的改善, 而且具有明顯的節(jié)能效果和降噪效果, 同時使整機壽命較傳統(tǒng)家電有明顯提高。 在大容量冰箱以及多功能冰箱上應用變頻技術(shù)更能體現(xiàn)其優(yōu)勢，因

7、為它是多功能的循環(huán)環(huán)境。優(yōu)點主要有：在節(jié)能水平和自主性方面。變頻技術(shù)應用可以滿足冰箱多功能的需求，通過變頻系統(tǒng)控制驅(qū)動壓縮機，可以使壓縮機在寬范圍內(nèi)變化，可以使壓縮機的功率隨著冰箱能量的需求，也就是負荷的變化實現(xiàn)最大匹配。尤其是可以減少起動時所帶來的損失，實現(xiàn)高效率運行，顯著降低冰箱的發(fā)電量。在降低噪聲方面，采用了變頻技術(shù)可以使起動時更加平穩(wěn)，降低起動噪聲。保鮮方面，采用變頻技術(shù)，可以有效降低冰箱內(nèi)的溫度，保持室溫恒定，保持恒定的低溫水平，有效降低水果蔬菜的呼吸環(huán)境。1.2 變頻冰箱國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 根據(jù)冰箱廠的研究，壓縮機COP值的提高對冰箱節(jié)能有直接的正比關(guān)系，是冰箱降低耗電量的主要手段。目

8、前，各冰箱壓縮機廠家將主要的研究開發(fā)精力投入到壓縮機節(jié)能化工作上。壓縮機提高效率主要在電機、機械系統(tǒng)、氣閥等方面改進提高。在提高電機效率方面，傳統(tǒng)的方法主要為：第一，采用電容運轉(zhuǎn)單相電機；第二，在繞組、沖片上對電機進行優(yōu)化設(shè)計，但這些方法對電機效率提高是有限的。近年來，隨著電機技術(shù)的發(fā)展，國外先進壓縮機制造商已將一些高性能電動機，如直流無刷電機、單相永磁同步電機運用在冰箱壓縮機上。這些技術(shù)上的革新，帶來的效率上的大幅度提高。尤其是由于電力電子技術(shù)的飛躍發(fā)展以及電子元件的成本日益降低，使得無刷直流電動機驅(qū)動的冰箱壓縮機系統(tǒng)（又稱“變頻壓縮機”）不僅高效，而且另外一個非常具有優(yōu)勢的特點是轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)

9、。由于國內(nèi)無刷直流電動機的研究起步較晚，國內(nèi)壓縮機廠在新技術(shù)的研究開發(fā)一直滯后于國際先進水平，加上各廠在電力電子技術(shù)方面的欠缺，國內(nèi)壓縮機制造商在變頻壓縮機的研究開發(fā)上只是近兩年展開，它們依靠國內(nèi)大學的研發(fā)能力以及一些電子產(chǎn)品生產(chǎn)商的支持開始相關(guān)產(chǎn)品的研究以及市場化的工作。1.3 本課題的工作由于變頻冰箱靜音、節(jié)能、保鮮等優(yōu)點，變頻冰箱已經(jīng)成為冰箱高端市場的風向標以及眾多消費者選購的主流。本課題針對變頻冰箱節(jié)能、降噪、保鮮等一系列優(yōu)點，對變頻冰箱壓縮機進行了深入研究，介紹了無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)和特點以及在變頻冰箱壓縮機中的應用原理與方法。本課題可以分為三個部分：第一部分論述了變頻冰箱出現(xiàn)的背景

10、及意義，國內(nèi)外的發(fā)展狀況，以及變頻冰箱的原理等。第二部分是論文的重點和核心，主要介紹了無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)和原理，并對其在變頻冰箱壓縮機上的應用進行了分析和設(shè)計。第三部分為總結(jié)、致謝及參考文獻。第2章 變頻壓縮機系統(tǒng)介紹2.1 變頻冰箱介紹 變頻冰箱是將變頻技術(shù)應用在壓縮機上，通過壓縮機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)使冰箱在節(jié)能、保鮮、靜音三大方面實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。 變頻冰箱相對于普通冰箱的箱內(nèi)溫差小，因此對食品保鮮更加有利；其次，當變頻冰箱內(nèi)存放食品過多、溫差大、環(huán)境溫度高時，變頻冰箱要比普通冰箱增大制冷能力50以上，而這樣快速的冷凍不會產(chǎn)生大的冰晶，有效阻止了食品細胞膜被刺破，這樣一來，解凍后食品的營養(yǎng)汁損失率

11、就可有效減少50以上。同時，由于采用了變頻技術(shù)，冰箱在開機、停機時轉(zhuǎn)速可以平滑過渡，不會像普通冰箱那樣瞬間實現(xiàn)。因而能夠有效降低起停噪音。當機器處于正常運轉(zhuǎn)時，噪音也能降低10以上。使人所能聽到的噪音感覺降低50以上。2.1.1 變頻冰箱的特點1 節(jié)能：由于冰箱大部分時間是在較輕的負載下運行，采用變頻調(diào)速技術(shù)能使壓縮機輸出功率下降，提高了壓縮機的運行效率，改善了能效比，其耗電量比同容積的普通冰箱降低約百分之三十。2 減少開停機次數(shù)：由于采用變頻調(diào)速技術(shù)，能有效地應付輕負載，因而可以減少壓縮機的開停次數(shù)，減少制冷劑壓力引起的損耗。3 起動電流?。河捎谧冾l調(diào)速技術(shù)能使壓縮機在起動時，選擇較低的電壓

12、及頻率，有效地抑制了起動電流，降低了電網(wǎng)的沖擊。4 運行更安靜：變頻冰箱的壓縮機由于大部分時間在低速運行，噪聲較低，故比普通冰箱的壓縮機安靜，穩(wěn)定運行時噪聲可達35dB以下；同時冰箱室內(nèi)溫度的波動也得到抑制，增加了舒適性。5 保鮮性更好：變頻調(diào)速技術(shù)的應用使數(shù)字溫控的優(yōu)點得到充分發(fā)揮，能將食物貯藏溫度精確的控制在最合理狀態(tài)，使食物能更持久的保鮮。2.1.2 變頻冰箱的工作原理及工作過程 變頻技術(shù)實際包括兩個方面，即變頻壓縮機技術(shù)及變頻控制器技術(shù)。冰箱的主控板接到冷藏冷凍室反饋的溫度、濕度等信息后將信號傳給變頻器，變頻器對信息進行處理，其內(nèi)部電路對電流進行交直流轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后一定頻率的電信號傳

13、遞給壓縮機，壓縮機電機依據(jù)輸入電頻率高速或低速運轉(zhuǎn)，如此調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，電動機轉(zhuǎn)速變化就會引起壓縮機排氣量發(fā)生變化，從而導致制冷量發(fā)生變化，適應冰箱溫度變化要求。變頻冰箱主要是通過變頻技術(shù)來調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速,它通過提取冰箱各間室溫度與設(shè)定溫度的差值, 作為連續(xù)控制信號輸入到變頻器中,從而實現(xiàn)自動改變輸出交流電頻率的目的。這樣, 在維持冰箱于設(shè)定溫度穩(wěn)定運轉(zhuǎn)過程中,壓縮機基本維持著連續(xù)的低速運轉(zhuǎn), 與傳統(tǒng)依靠通斷調(diào)節(jié)的定速機種相比,可明顯延長壓縮機的使用壽命, 從而達到節(jié)能、省電的目的,使冰箱處于最佳效率狀態(tài)下運行。變頻冰箱的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由冰箱控制部分和變頻調(diào)速部分組成。其中控制部分以含有微處理器

14、的電機控制器專用芯片為中心,由降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓、兩室溫度設(shè)定與顯示、傳感器等組成，變頻調(diào)速部分由整流、儲能元件、PWM驅(qū)動器、逆變器等組成。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：圖2-1 變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖壓縮機壓縮機 整流器儲能元件逆變器220交流電源降壓、整流濾波、穩(wěn)壓電機控制器（彼機處理器）PWM驅(qū)動器顯示器兩室溫度設(shè)定傳感器冰箱工作室分為冷藏室和冷凍室。變頻冰箱使用了變速壓縮機，該種變速壓縮機采用了可調(diào)速電機，通過改變電動機的轉(zhuǎn)速來改變壓縮機的制冷量。這種可調(diào)速電機是無刷直流電動機，其工作轉(zhuǎn)速在1600r/min到4000r/min之間，使得壓縮機的制冷能力有很大的可調(diào)范圍（1：2.5）。變頻冰

15、箱的工作原理為：在冰箱工作室的溫度與設(shè)定溫度之差T較大時，壓縮機以高速運轉(zhuǎn)，以獲得快速制冷的效果。隨著溫度降低，T小到一定范圍時，壓縮機以低速運轉(zhuǎn)。當T減小到一定程度時，壓縮機停機。由于壓縮機以較低的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，所以壓縮機的開停次數(shù)較普通壓縮機少。另外,一個非常重要的因素，由于機械運轉(zhuǎn)與流體力學規(guī)律，變頻壓縮機在低轉(zhuǎn)速時的效率也很好。220V的交流電源一路經(jīng)整流器和儲能元件等整流濾波成280V左右的直流電壓，為逆變器能正常工作而產(chǎn)生交變電壓提供直流電源；另一路經(jīng)降壓、整流等電路后得到一穩(wěn)定的直流工作電壓，為電機控制提供直流工作電源。當剛開機或開門放入較多食物時，冰箱內(nèi)溫度較高，微處理器發(fā)出滿負荷

16、運轉(zhuǎn)信號，生成相應的PWM脈沖并送往PWM驅(qū)動器使逆變器輸出頻率高、電壓值大的交變電壓，此時壓縮機將以自身功率的近1.5倍工作，制冷器量最大，達到快速降溫的目的；隨著冰箱內(nèi)溫度的下降，所需的制冷量相應減少，微處理器產(chǎn)生相關(guān)的PWM脈沖，通過PWM驅(qū)動器使逆變器輸出的交變電壓的頻率和電壓值下降，壓縮機消耗的功率也逐步減少；當冰箱內(nèi)溫度相對穩(wěn)定時，壓縮機將保持低頻、低功率（約為自身功率的0.5倍）平穩(wěn)運行。顯示器用于顯示溫度及運行狀態(tài)，化霜、報警由微處理器控制。2.2 變頻壓縮機的優(yōu)點和分類變頻冰箱壓縮機的優(yōu)勢主要在：（1）速凍能力強。普通冰箱可能要2-3小時完成的速凍量,變頻冰箱壓縮機由于起動時

17、可以最高以4000rpm（有的還可更高）的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn),約1小時就可以完成快速冷凍。（2）運轉(zhuǎn)噪音低, 但并不是一直都比普通壓縮機噪聲低,而是有特定環(huán)境的。一般晚間冰箱負荷穩(wěn)定,變頻壓縮機可以在夜間維持低頻（例如在30Hz下）轉(zhuǎn)速,低轉(zhuǎn)速必然噪聲就低一些,顯得更人性化而普通壓縮機只能通過ON-OFF調(diào)節(jié)溫度, 運轉(zhuǎn)時噪聲比變頻要高很多。(3)溫度波動小，由于電機轉(zhuǎn)速可以根據(jù)冰箱主控板反饋的溫度信息隨時調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而改變制冷量,因此溫度總是在設(shè)定值附近波動,變化敏感細微。正因為其有此特點,更能給儲藏食品提供適宜的放置環(huán)境,所以變頻冰箱的宣傳點總少不了“保鮮”。(4)低能耗。這是因為直流無刷電動機的效率高

18、于傳統(tǒng)單相異步電動機，冰箱在低負荷時,輸入功率很低,又由于減少了開停次數(shù),起動過程的功耗大大減少。 變頻壓縮機可分直流和交流變頻技術(shù)兩類,兩者均靠電動機內(nèi)部形成的磁力線和線圈中的電流間作用產(chǎn)生的磁力運轉(zhuǎn),但內(nèi)部磁通的形成方式卻不同。交流變頻異步電機的內(nèi)部磁通是由外部進入的電流形成的,而電流流動必定會因電阻等產(chǎn)生損耗;直流無刷電動機是由永久磁鐵生成內(nèi)部磁通,不需要外部能量供給,不會產(chǎn)生這一部分的損耗,因此效率比交流電機高。此外,由于直流變頻壓縮機不存在定子旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的電磁感應作用,克服了交流變頻壓縮機的電磁噪聲, 也具有比交流變頻壓縮機噪聲低的特點。理論和實驗證明,直流變頻壓縮機效率比交流變

19、頻壓縮機高10%30%,噪聲低510dB(A)。但是,直流變頻壓縮機的成本要高于交流變頻壓縮機,控制的難度也高于后者。2.3 變頻壓縮機的基本結(jié)構(gòu)變頻壓縮機系統(tǒng)由使用無刷直流電動機(BLDCM)的壓縮機本體和電子控制器兩部分組成。其中無刷直流電動機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意，如圖2-2。 圖2-2 無刷直流電機結(jié)構(gòu)示意位置檢測分為有位置檢測和無位置檢測，由于在冰箱壓縮機封閉式結(jié)構(gòu)中，電機工作在高溫、制冷劑及潤滑油的環(huán)境中，如果使用有位置傳感器，可靠性勢必會降低，還有增加了系統(tǒng)的成本。隨著無刷直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展，無位置檢測方法的提出使BLDCM運用于冰箱壓縮機成為現(xiàn)實。本論文采用端電壓檢測法（反電動勢

20、過零點檢測法）來進行轉(zhuǎn)子位置的檢測。功率驅(qū)動電路為三相全控橋，采用IRF620芯片，全控橋的前置驅(qū)動器采用IR2130芯片。2.4 無刷直流電動機介紹 目前,可調(diào)速電動機的主要類型有直流電動機、異步電動機和同步電動機3 種。傳統(tǒng)的直流電動機調(diào)速性能很好,但由于具有電刷和換向器,使用環(huán)境受到了限制,特別是限制了它向高轉(zhuǎn)速 高電壓和大容量方向的發(fā)展。鼠籠式異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用,轉(zhuǎn)動慣量小,響應速度快,可以實現(xiàn)高電壓、大容量和高轉(zhuǎn)速運行。異步電動機和通用變頻器可組成恒定電壓頻率比的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng),可以滿足絕大部分中小生產(chǎn)機械的一般調(diào)速要求。但是,異步電動機需要從定子側(cè)勵磁,功率因數(shù)較低,使得調(diào)

21、速系統(tǒng)所用變頻器的容量較大。無刷直流電動機既具備交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點,又具備直流電動機的運行效率高、調(diào)速性能好、特別是無勵磁損耗等特點。因此,在容量不是太大的變速驅(qū)動系統(tǒng)中(功率在40kW 以下) ,可以采用無刷直流電動機和變頻器相結(jié)合,利用磁極位置檢測信號和電流反饋信號組成閉環(huán)控制系統(tǒng),即可以形成高效調(diào)速系統(tǒng)1。隨著電力電子技術(shù)和永磁材料的不斷發(fā)展,MOSFET、IGBT 等大功率開關(guān)器件性能的提高和完善, 無刷直流電動機控制技術(shù)的逐步進入商業(yè)化階段, 為直流無刷電動機用于可變頻冰箱壓縮機系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。加之市場競爭對冰箱節(jié)能、低噪聲提出的更高要求, 使得無刷

22、直流電動機應用于冰箱壓縮機的技術(shù)已經(jīng)十分成熟。2.4.1 無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)無刷直流電機（BLDCM）具有直流有刷電機的線形速度和力矩的特性，但它是由電子控制代替電刷。BLDCM具有三相多磁極結(jié)構(gòu)，而不是普通的單相（或兩相）鼠籠式異步電機。BLDCM轉(zhuǎn)子裝配有永久磁鐵，而不是傳統(tǒng)的鋁條鼠籠式轉(zhuǎn)子。圖2-3、圖2-4為兩種電機的結(jié)構(gòu)示意2。圖2-3 無刷直流電機 圖2-4 單相異步鼠籠電機2.4.2 無刷直流電機的基本工作原理 無刷直流電機的結(jié)構(gòu)原理如圖2-5所示,主要由電機本體、位置傳感器和電子開關(guān)電路3部分組成。圖2-4中的電機本體為三相2極,三相定子繞組分別與電子開關(guān)線路中相應的功率開關(guān)

23、器件連接。圖2-4中, A 相、B 相、C相繞組分別與功率開關(guān)管V1、V2、V3 相連,位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電機轉(zhuǎn)軸相連。圖2-5 無刷直流電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)當定子繞組的某一相通電時,該電流與轉(zhuǎn)子磁極所產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn);再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁極位置變換成電信號控制電子開關(guān)線路,從而使定子各相繞組以一定次序?qū)?定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化按一定的次序換相。由于電子開關(guān)線路的導通次序與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步,從而起到機械換向器的換向作用。因此,就基本結(jié)構(gòu)而言,可以認為無刷直流電機是由電子開關(guān)電路、電機本體以及轉(zhuǎn)子位置傳感器組成的電機系統(tǒng),其原理如圖2-6所示3。直流電源開關(guān)電路電機轉(zhuǎn)子

24、位置傳感器輸出 圖2-6 無刷直流電機原理2.4.3 無刷直流電動機的數(shù)學模型無刷直流電動機為三相電動機,其轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵制成,材料大多采用稀土永磁材料如釤鈷合金和釹鐵硼合金等。磁鋼形狀為瓦形,經(jīng)過特殊磁路設(shè)計,可以獲得梯形波的氣隙磁場。因此,無刷直流電動機又稱為方波永磁電動機。電機定子采用整距集中繞組,由逆變器供給方波電流。由于感應電動勢為梯形波,含有較多的高次諧波,并且電動機的電感為非線性,所以dq 坐標變換理論已不適用,應根據(jù)轉(zhuǎn)子位置分段表示感應電動勢。由于稀土永磁材料的磁導率很小,轉(zhuǎn)子的磁阻很大,故不考慮轉(zhuǎn)子的影響。無刷直流電動機三相定子電壓的平衡方程式可用式(2-1)表示。 (2-

25、1)式中:為三相定子電壓; 為三相定子電動勢; 為三相定子電流; 為三相定子電感; 為三相定子間互感。由于在1對極矩內(nèi),轉(zhuǎn)子的磁阻不隨轉(zhuǎn)子位置變化而變化,并且三相對稱,所以此時,狀態(tài)方程可寫為因為 ,所以 ,將上式進行整理得(2-2)電磁轉(zhuǎn)矩的表達式為 (2-3)運行時,無刷直流電動機的帶電導體處于相同的磁場下,各相繞組的感應電動勢為 (2-4) 式中: 為電動機轉(zhuǎn)速; 為主磁通; 為極對數(shù); 為總導體數(shù)。設(shè)無刷直流電動機采用三相聯(lián)結(jié)電路, 則電動機感應電動勢Ed 由兩相繞組經(jīng)逆變器串聯(lián)組成,故因此,電磁轉(zhuǎn)矩表達式為 (2-5) 由此可以看出,電磁轉(zhuǎn)矩與磁通和電流的幅值成正比,所以控制逆變器輸

26、出方波電流的幅值即可控制無刷直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩。2.4.4 無刷直流電動機調(diào)速運行時電流換相過程無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)中逆變器輸出的電壓、電流波形為方波。在一個具有恒定磁通密度分布的磁極下,只有保證電樞繞組中流過的電流總量恒定,才可以產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩,且轉(zhuǎn)矩只與電樞電流的大小成正比。圖2-7為無刷直流電動機電流換相工作原理圖。邊緣磁通密度寬度占30電角度,A ,B ,C三相繞組各占60電角度。當轉(zhuǎn)子在圖2-7(a)所示的位置時,B，C相通入幅值相等的直流電流,B ,C 相導體在氣隙磁場中受電磁力的作用形成電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子按轉(zhuǎn)矩方向轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子在60電角度內(nèi)轉(zhuǎn)動時,即從圖2-7(a)到圖2-7

27、(b)的情況,由于氣隙磁場和電樞電流基本不變,故電磁轉(zhuǎn)矩大小不變。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60電角度瞬間,電流需要換相,B相換為A相通電,如圖2-7(c)所示。這樣,每相通入120電角度的方波交流電,每60電角度進行輪流換相,使同一磁極下的電流始終保持方向一致且電流總量恒定,從而轉(zhuǎn)矩恒定。正常運行時,調(diào)節(jié)定子電流的幅值,則可改變轉(zhuǎn)矩的大小,從而改變電動機的轉(zhuǎn)速,達到平滑調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。圖 2-7 無刷直流電動機電流換相原理圖2.4.5 無刷直流電動機的轉(zhuǎn)動分析 無刷直流電動機的旋轉(zhuǎn)是通過6個功率管的開和關(guān)來完成的。而功率管的開關(guān)是根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置來切換定子繞組的通電電流,始終保證轉(zhuǎn)子N極對面的定子繞組導體

28、內(nèi)的電流流向為一個方向(都為進或都為出),而S極對面的定子繞組導體內(nèi)的電流流向為另一個方向。如果轉(zhuǎn)子位置如圖2-8所示,此時電流從a點流入,從c點流出,即A、C 線圈中有電流,流向為a a 、c c 。我們把電機分成左上180和右下180兩半來看。左上180部分,a 、c 導體的磁場疊加后根據(jù)右手法則在定子轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生一個水平向左的方向磁場, 而a 、c 導體磁場疊加后產(chǎn)生一個垂直向上的磁場,二者疊加的磁場方向如圖所示。這正好與轉(zhuǎn)子磁場相互垂直, 于是便會產(chǎn)生逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)距, 推動轉(zhuǎn)子向逆時針方向旋轉(zhuǎn)。右下180的原理和左上180的原理一樣4。圖2-8 直流無刷電機轉(zhuǎn)動分析示意圖 當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

29、過30后, 功率模塊將會切換電流的方向, 使得b 流入,c 流出。這樣可以保證始終有比較大電磁轉(zhuǎn)距推動電機轉(zhuǎn)動。這樣功率模塊切換12 次位置, 轉(zhuǎn)子就能旋轉(zhuǎn)一圈。從上面的分析中可以看出, 由于右下180的原理和左上180的原理一樣的,因此前半圈和后半圈的6 次位置切換過程是一樣的。所以功率模塊切換一次,4 級無刷直流電機能轉(zhuǎn)過30度,而2級無刷直流電機可以轉(zhuǎn)過60度。因此在同樣的切換頻率情況下,理論上2 級的直流電機的轉(zhuǎn)速是3級無刷直流電機轉(zhuǎn)速的2倍。此外,由于四級無刷直流電機30度切換一次,使得電磁轉(zhuǎn)距一直能保持在一個較高的值上(TmTm);而2級無刷直流電機60度切換一次,使得電磁轉(zhuǎn)距在(

30、Tm0.5Tm)之間變化,顯然4級無刷直流電機的效率要高,轉(zhuǎn)動更平穩(wěn)。2.5 無刷直流電動機的技術(shù)特點直流無刷變頻調(diào)速電動機實質(zhì)是具有交流特性的永磁同步電動機，通過集成芯片程序來控制逆變器的頻率從而達到控制電動機的運行速度，即通常我們所說的變頻調(diào)速電動機。根據(jù)需要可對起動初始速度及運行速度進行調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速控制原理：電源電壓通過電源逆變器逆變，逆變后的電壓再輸送給電動機，電動機施轉(zhuǎn)拖動負載運行。電子控制電路內(nèi)擁有一種稱為“電動邏輯”的計算方法，通過反電動勢法測試及判定轉(zhuǎn)子的位置來對電動機速度進行控制。2.5.1 無刷直流電動機的起動特性 在控制系統(tǒng)中將起動時間和起動電壓范圍進行設(shè)置，如將起動時

31、間設(shè)置在210s，電壓設(shè)置在160250V之間，在此規(guī)定范圍內(nèi)均可以保證電動機順利起動，否則控制系統(tǒng)會自動進行過（欠）電壓或過電流保護，立即停止起動過程。電動機起動電流小，對電網(wǎng)的波動影響小，起動機械特性好，具有直流電動機的“硬”機械特性，因此又稱為軟起動電動機。設(shè)計時還應避免電動機在起動過程中起動處于失步狀態(tài)，起動過程一般有三個階段：（1）定位階段，首先控制系統(tǒng)導通逆變器的兩個功率器件給兩相繞組導通一個較小的電流，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到一個預知的位置；（2）加速階段，由微電腦控制器產(chǎn)生一個頻率很低的同步信號，然后逐步升高同步信號的頻率，同時增加施加于電動機的電壓，電動機在不失步的前提下逐漸提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；

32、（3）切換階段，電動機加速到足夠高的轉(zhuǎn)速時，用有效的轉(zhuǎn)子位置信號代替同步信號就實現(xiàn)了同步電機運行切換到直流無刷電動機運行狀態(tài)5。2.5.2 運行轉(zhuǎn)矩脈動電動機定子繞組工作狀態(tài)是三相六狀態(tài)120度導通角工作方式，定子繞組產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子永磁磁場之間的相互作用，加上工作過程中定子繞組三相間要進行換相，這會引起電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)脈動現(xiàn)象，但電磁轉(zhuǎn)矩脈動對電動機性能影響不大。2.5.3 較寬速度范圍內(nèi)高效率運行 由于直流無刷電動機具有直流電動機的“硬”機械特性特點，只要改變輸出脈沖的占空比及脈沖出發(fā)順序，就能對運行速度進行調(diào)節(jié)，而且在（20003800r/min）較寬速度范圍內(nèi)能保持高效率（84以上）運行，

33、在額定工作點附近電動機運行效率在88%以上。2.6 無刷直流電動機調(diào)速原理前面已經(jīng)介紹了無刷直流機的數(shù)學模型和調(diào)速原理，以及調(diào)速時電流換相過程。圖2-9給出了無刷直流機調(diào)速系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)由變頻器，方波永磁同步電動機、位置、轉(zhuǎn)速檢測裝置及控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)包括典型的速度、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，PWM發(fā)生器及邏輯控制單元6。速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器PWM發(fā)生器三角波發(fā)生器運行狀態(tài)判別邏輯控制單元位置信號處理反饋電流單元速度反饋單元驅(qū)動電路A/D電流檢測RhBLDCMBQBRT-3微機系統(tǒng)圖2-9 無刷直流機調(diào)速系統(tǒng)原理圖1. 主回路主回路仍是交-直-交電壓型PWM變流器、電力電子器件可根據(jù)需要選用BJ

34、T，功率MOSFET或IGBT。主回路的任務是在PWM作用下產(chǎn)生需要的三相互差120電角度的方波電流。2. PWM信號的產(chǎn)生無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩只與方波電流的幅值成正比，電流的頻率和相位由轉(zhuǎn)子位置決定。因此，由它組成的高性能伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵仍是控制電流大小。所以需要把電壓型逆變器改造成為電流型逆變器，本系統(tǒng)要求的相電流為方波，控制的目標是電流幅值只需設(shè)置一個電流幅值調(diào)節(jié)器即可，作用相當于直流雙環(huán)系統(tǒng)中的電流調(diào)節(jié)器。逆變器的控制采用三角波與直流信號相比較的PWM方法，即電流調(diào)節(jié)器輸出的電壓信號與截頻三角波信號相比較，產(chǎn)生等幅、等寬、等距的PWM信號，控制逆變器中的各功率開關(guān)。如圖2-10所示，PW

35、M信號的寬度由控制，的幅值高，PWM波的占空比大，逆變器輸出的電壓幅值就高，流過定子繞組的電流就大；反之則小。電流幅值閉環(huán)調(diào)節(jié)后，逆變器輸出的電流幅值就能跟隨給定電流變化，且穩(wěn)態(tài)運行時無靜差7。圖2-10 PWM信號產(chǎn)生原理這種PWM控制方法比較簡單，且逆變器功率開關(guān)元件的開關(guān)頻率只與三角波的頻率有關(guān)，三角波頻率確定之后，開關(guān)頻率也就確定了。另外，此種PWM方法能使逆變器中的六個功率開關(guān)進行同步開關(guān)動作，不會造成三個橋臂之間的互相干擾。電流調(diào)節(jié)器控制著逆變器輸出電流的幅值，因此，電流調(diào)節(jié)器中的電流反饋信號應與方波電流的幅值成正比。又因為無刷直流機的相電流為120通電型方波，故只需要檢測三相電流

36、中正半波值并進行疊加，即可生成與電動機電流幅值成比例的直流反饋量。3.PWM信號的分配和系統(tǒng)四象限運行由無刷直流電動機的調(diào)速原理知道，無刷直流電動機的方波電流與轉(zhuǎn)子位置有嚴格的對應關(guān)系，受轉(zhuǎn)子磁極位置檢測信號的控制。此系統(tǒng)采用磁敏式轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測器，其輸出為三個互差120電角度，寬180電角度的矩形波，如圖2-11（a）所示，PA,PB,PC為三路位置信號，經(jīng)位置信號處理單元后，就可以得到逆變器功率開關(guān)的使用（OE）信號，如圖2-11（b）所示，例如正轉(zhuǎn)電動時，等，由于電動機所處的運行狀態(tài)不同，使能型號所對應的功率管也不同。因此，必須經(jīng)過運行狀態(tài)（正、反轉(zhuǎn)，電、制動）判別后，再經(jīng)過邏輯控制單元把

37、使能信號與PWM信號分配給各個功率管，使能信號與PWM相“與”后，輸出到驅(qū)動電路，控制相應功率管的導通與關(guān)斷。圖2-11（c）為正轉(zhuǎn)電動時的電動機三相電流波形。(a) 轉(zhuǎn)子位置檢測器輸出波形 PA 0 180 360 tPB 0 120 300 t PC0 60 240 420 t （b）逆變器功率開關(guān)的導通信號 V1 0 120 360 t V3 0 120 240 t V5 0 240 t V6 V60 60 300 t V2 0 60 180 t V4 0 180 300 t （c）三相電流波形 iA 180 300 0 120 360 t iB 60 300 0 120 240 t i

38、C60 180 240 360 t 圖2-11 正轉(zhuǎn)電動時系統(tǒng)有關(guān)的波形由無刷直流電動機的調(diào)速原理知道，只要改變同一磁極下電樞電流的方向，就可以改變電動機的轉(zhuǎn)矩方向。因此，無刷直流電動機也可采用再生發(fā)電方式進行制動，機械動能消耗在直流環(huán)的耗能電阻上。當電動機從正向電動向正向制動轉(zhuǎn)變時，由雙環(huán)調(diào)速原理知，信號由正變到零，再變到負，它改變的是方波電流的幅值，即只是改變轉(zhuǎn)矩的大小，而不能改變轉(zhuǎn)矩的方向。改變轉(zhuǎn)矩的方向要通過改變逆變器功率管的導通次序，進而改變電流方向來實現(xiàn)。產(chǎn)生正向制動轉(zhuǎn)矩，只須把同一橋臂上下兩個功率管的導通時刻互換即可，也就是說，正向電動時導通的時刻，由導通來代替，使電樞電流反向，

39、同理，導通的時刻，由導通的時刻來代替，其他橋臂也要求同樣互換，電動機就會產(chǎn)生正向制動轉(zhuǎn)矩（注意，按交流機分析，正向制動時三相電流的相序并未改變，實際上只是相位提前180電角度）。無刷直流電動機反向電動運行時，使能信號的產(chǎn)生與分配并不是與正向制動時相同。由于電機本身仍屬于交流機性質(zhì)，只需要改變一下三相方波的相序即可。但是需要注意的是，電動機反轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子位置控制器的三個位置信號的相序也發(fā)生了變化，這一點要特別注意，否則電動機將不會反轉(zhuǎn)。無刷直流電動機雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運行原理和普通直流電動機邏輯無環(huán)流雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)非常相似，只要把方波永磁同步電動機、方波電流型PWM逆變器、轉(zhuǎn)子位置檢測器及其信號處理單元看

40、成“直流電動機”就行了。這里的邏輯控制單元主要負責系統(tǒng)四象限運行時的轉(zhuǎn)矩方向，而電流調(diào)節(jié)器將保證力矩的大小滿足調(diào)速的要求，速度調(diào)節(jié)器的輸出為電流轉(zhuǎn)矩的給定?？刂葡到y(tǒng)可由模擬元件和集成電路組成模擬控制系統(tǒng)，也可以由單片機等組成全數(shù)字控制系統(tǒng)或數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)。由于轉(zhuǎn)子位置信號、速度信號、邏輯單元及PWM控制更適合于計算機控制，因此目前的無刷直流伺服系統(tǒng)大多數(shù)采用全數(shù)字方案或數(shù)?；旌峡刂品桨?。由以上的分析可以評價出無刷直流電動機及其調(diào)速系統(tǒng)的特點： （1）、稀土永磁方波同步電動機通入逆變器供給的、與電動勢同相的120方波電流，就組成了無刷直流電動機。它比正弦波電機出力大，且理論上無電磁轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)

41、象。 （2）、無刷直流電動機調(diào)速原理和直流機相同，組成的調(diào)速系統(tǒng)類似，并且可以借鑒傳統(tǒng)的直流伺服系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗。因此，容易被人們接受和普及，更適合我國的國情。 （3）、無刷直流電動機比正弦波永磁同步電動機控制簡單，逆變器產(chǎn)生方波比正弦波容易，轉(zhuǎn)子只需要帶有A、B、C三個敏感元件的磁極位置檢測器即可，因此會大大降低其控制系統(tǒng)的成本。 （4）、實驗證明，由無刷直流電動機組成的伺服系統(tǒng)，具有轉(zhuǎn)矩平滑、響應快、控制精度高的特點，可適用于數(shù)控機床及機器人的伺服驅(qū)動，以及對動、靜態(tài)性能要求較高的電力拖動領(lǐng)域。第三章 無刷直流電動機控制器由永磁無刷直流電動機用電子換向替代了電刷和換向器,可以實現(xiàn)高性能、高可

42、靠性、長壽命、免維護等目的。永磁無刷直流電動機是集交流電動機和直流電動機優(yōu)點于一體的機電一體化產(chǎn)品。永磁無刷直流電動機具有優(yōu)越的調(diào)速性能,主要表現(xiàn)在調(diào)速方便( 可無級調(diào)速)、調(diào)速范圍寬、低速性能好(啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流小)、運行平衡、噪音低、效率高等優(yōu)點。許多小型無刷直流電動機,在應用時往往需要精確的速度控制,尤其在高速運行場合,對信號反饋控制靈敏度的要求更為嚴格。而傳統(tǒng)的微處理器如51系列在實現(xiàn)控制時,由于本身指令功能不強,乘除法所用周期過多,外圍電路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度慢,使無刷直流電動機的性能得不到充分的發(fā)揮。由于變頻冰箱的控制通常采用轉(zhuǎn)速負反饋控制技術(shù)，通過檢測轉(zhuǎn)子位置，由獲得電機轉(zhuǎn)速9。用該

43、轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速相比較，控制輸出電壓，使實際轉(zhuǎn)速趨近設(shè)定轉(zhuǎn)速。本文設(shè)計的直流無刷電機驅(qū)動控制器中，采用TI公司的TMS320LF2407芯片作為控制器，利用反電動勢法來獲得轉(zhuǎn)子位置信號。以下為無位置傳感器無刷直流電動機的控制器設(shè)計的幾個要點：3.1 控制方案無刷直流電動機控制系統(tǒng)如圖3-1所示。TMS320LF2407 DSP控制器首先通過位置檢測電路獲得轉(zhuǎn)子的位置信號，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置發(fā)出相應的控制字來改變PWM信號的當前值，從而改變直流電動機驅(qū)動電路中功率管的導通順序，實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向的控制。安裝在電機轉(zhuǎn)子上的編碼器得到的電機轉(zhuǎn)子位置信號A，B通過DSP控制器的CAP1、CAP2端

44、口進行捕捉。捕捉到的數(shù)據(jù)存放到寄存器中，通過比較捕捉到的A、B兩相脈沖序列中哪個序列領(lǐng)先，測出電機的正反轉(zhuǎn)，計算脈沖編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)可以得出當前轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速。將檢測到的各相電流轉(zhuǎn)換成電壓信號降壓后輸入到DSP的AD轉(zhuǎn)換器，其值與經(jīng)速度調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流參考值比較，形成PWM占空比的控制量。圖3-1 無刷直流電動機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖r + + + - - -電壓/電流保護整流器功率開關(guān)模型PWM控制電流控制電流檢測反電勢檢測速度控制電流控制位置控制電流控制速度檢測位置控制電流控制無刷電動機編碼器系統(tǒng)的控制由3環(huán)即位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)組成。最內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，它用來調(diào)節(jié)定子磁場的大小，控制定子線圈

45、的電流就可控制定子磁場的大小，從而到達調(diào)速的目的；第2個環(huán)為速度環(huán)，將給定的速度信號與經(jīng)過位置檢測器后估計的速度信號之差作為速度環(huán)的輸入，這樣可以做到速度的實時反饋和調(diào)整；最外環(huán)為位置環(huán)，位置環(huán)主要完成的任務是位置隨動控制，即系統(tǒng)能夠準確跟蹤給定位置變換10。3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計以TMS320LF2407為核心的硬件控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要由以下幾部分構(gòu)成：DSP控制電路、功率驅(qū)動電路、信號反饋電路和保護電路。 DSP控制器轉(zhuǎn)子位置檢測電路無刷直流電動機PWM 信號驅(qū)動器驅(qū)動保護電路直流電機驅(qū)動電路碼盤測速電路圖3-2 無刷直流電動機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.2.1 功率驅(qū)動電路 驅(qū)動電路如圖3

46、-3所示。功率驅(qū)動電路為三相全控橋，采用International Rectifier公司的IRF620，全控橋的前置驅(qū)動器采用IR2130芯片。IR2130是一種高電壓、高速度的功率MOSFET和IGBT驅(qū)動器,工作電壓為1OV一2OV,分別有3個獨立的高端和低端輸出通道。邏輯輸入與CMOS或TTL輸出兼容，最小可以達到2.5V邏輯電壓。其可輸出的最大正向峰值驅(qū)動電流為250mA，而反向峰值驅(qū)動電流為500mA。它內(nèi)部設(shè)計有過流、過壓及欠壓保護、封鎖，使用戶可方便的用來保護被驅(qū)動的MOS門功率管。IR2130芯片可同時控制6個大功率管的導通和關(guān)斷順序，通過輸出HO1,2,3分別控制三相全橋驅(qū)

47、動電路的上半橋Q1、Q3、Q5的導通和關(guān)斷，而IR2130的輸出LO1,2,3分別控制三相全橋驅(qū)動電路的下半橋Q4、Q6、Q2的導通關(guān)斷，從而達到控制電動機轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)的目的11。圖3-3 無刷直流電動機驅(qū)動電路3.2.2 位置檢測 由于變頻壓縮機的結(jié)構(gòu)特殊性,使得其內(nèi)部無法安裝位置傳感器,因此如何正確檢測電機的轉(zhuǎn)子位置是目前面臨的一個難題。無傳感器無刷直流電機一般采用檢測電機繞組產(chǎn)生的反電勢過零點來獲得轉(zhuǎn)子位置信息。由于反電勢信號中混有PWM驅(qū)動信號噪聲,因而檢測反電勢的問題也就是濾除反電勢中的強干擾脈沖問題。一般是采用濾波的辦法獲取反電勢,但此法會產(chǎn)生較大的相移和延時,而且在低速時會造成對

48、反電勢的過度衰減,而使電機換相失步,因此可行性差。對于反電勢的檢測,可以在PWM-on期間直接檢測懸空相繞組的端電壓,通過單片機軟件運算將其和直流母線電壓的一半比較,獲得反電勢過零點,這樣做的好處是硬件結(jié)構(gòu)簡單、成本低。本文通過硬件的方法實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的檢測,而且增加了調(diào)理電路,使得檢測更加準確12。 1）.反電動勢過零點檢測原理和實現(xiàn)對于120導通、六狀態(tài)相的三相無刷直流電機,同一時間只有兩相繞組處于工作狀態(tài),懸空相包含了電機轉(zhuǎn)子的位置信息,可以用來檢測轉(zhuǎn)子位置。對于永磁直流電機而言,其感應電勢近似等于反電勢,而反電勢的過零點就發(fā)生在該相繞組懸空期間。此時通過檢測該相的端電壓可以間接地檢測到該

49、相反電勢的過零點。類似的可以檢測其他兩相的過零點,從而確定換向時序。對于斬波調(diào)速,PWM使待檢測感應電勢信號與開關(guān)脈沖混雜在一起,使待檢測的信號包含有大量的電磁噪聲。傳統(tǒng)的方法是通過濾波和衰減。衰減可以使待檢測的信號保持在檢測電路所允許的范圍內(nèi),但濾波會帶來相位滯后,使信噪比變差,容易造成位置檢測不準確,尤其是在起動階段,使電機的起動特性變差,運行范圍變窄,影響電機運行效率及穩(wěn)定性。本文采用專用單片機對懸空繞組在其它繞組能通電的情況下進行反電勢信號采樣,并進行分析,準確地識別出過零點。圖3-4是電機三相繞組的電氣模型示意圖。圖中為相電感, 為相電阻, (為, , )為反電勢, 為三相繞組星型連

50、接中點對地電壓, ( 為, , )為端電壓。從圖A、B相可以得到: (3-1) (3-2) 由式（3-1）和式（3-2）得到： (3-3) 在三相平衡系統(tǒng)中,若只考慮基波頻率, 那么: (3-4)把式(3-4)代入式(3-3)可得到: (3-5) 這樣得到端電壓: (3-6) 圖3-4 PWM on時的繞組狀態(tài)(3-6)式說明,在PWM導通期間, 懸空繞組的端電壓等于反電勢與1/2電源電壓的疊加,故可以通過將該繞組的端電壓與1/2電源電壓進行比較獲取反電勢過零點。在PWM導通期間,懸空繞組的反電勢疊加在1/2電源電壓之上,其波形正確反映在繞組端口上,因而可以在每一次PWM導通期間采樣該端口的電

51、壓,判斷過零點13。2）.實現(xiàn)方法 對于過零點的檢測,可以通過單片機的A /D口直接將反電勢信號由模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,然后通過軟件的方法和1/2的直流母線電壓比較,得到電機轉(zhuǎn)子過零點。這樣做的好處是系統(tǒng)簡單,過零延時較小,但是對于系統(tǒng)硬件的抗干擾設(shè)計要求高,加大了軟、硬件設(shè)計的難度,而且在一些干擾比較強的場合難以應用?？紤]到上述原因,設(shè)計了無傳感器電機轉(zhuǎn)子位置的測量電路, 如圖3-5(見附錄)所示。此電路兼有反電勢檢測和調(diào)理功能。從X/Y/Z電機接線端子上獲取反電勢信號, 需要首先將高壓信號衰減到合適的可以測量的范圍。圖中X相的端電壓經(jīng)過R18、R19、R20和R5、R10分壓后產(chǎn)生X相反電勢

52、的分壓信號X_DIV。同樣,母線電壓VDC也需要經(jīng)過電阻R27、R28、R29、R8和R13分壓后調(diào)整到合適的范圍,產(chǎn)生U_DIV信號。X相分壓信號X_DIV經(jīng)過R14和C4組成的濾波電路濾波后接入到模擬電壓比較器IC06(LM339)的同向輸入端,而直流母線分壓信號U_DIV經(jīng)電容C7、C8濾波后,并經(jīng)電阻R16接入到比較器的反相輸入端。比較器輸出經(jīng)過R3上拉電阻后產(chǎn)生過零信號輸出X_ INT,接入到MCU相應的外部引腳。對于電感量較小的電機,產(chǎn)生的反電勢信號較小,造成檢測到的反電勢信號過零點滯后于實際反電勢過零點,滯后太多將造成換相的不準確。由于本系統(tǒng)采用PWM_ON調(diào)制方式,可以在電路中引入電阻R30、R31和R32(注意連接的方式)解決這個問題。以X相為例,在檢測上升沿過零點時,考察X