無刷直流電機

1、IPM在雷達伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用評職稱.發(fā)論文，交給機電之家，3個月內(nèi)完成！收藏此信息 打印該信息 添加：用戶發(fā)布 來源：未知摘 要】 在無刷直流電動機驅(qū)動的雷達伺服系統(tǒng)中，采用了智能功率驅(qū)動模塊（IPM ）來實現(xiàn)功率驅(qū)動，它能夠滿足苛刻的環(huán)境要求，并能獲得比較滿意的系統(tǒng)性能。<-摘要CH（結(jié)束）->1引言智能功率模塊（IPM ）出現(xiàn)于上世紀(jì)九十年代，它通過采用先進的材料和工藝將功率單元、驅(qū)動單元、邏輯單元、傳感單元和保護單元等集成于一體，這樣不僅應(yīng)用方便，更關(guān)鍵 的是它提高了系統(tǒng)的可靠性，并縮小了體積。某些雷達系統(tǒng)在設(shè)計時要求體積小、 重量輕和可靠性高，而采用常規(guī)的設(shè)計將難以達到這一

2、要求，為此，我們采用智能功率模塊來解決這個非常棘手的問題，并研制出無刷直流電動機驅(qū)動的高性能雷達伺服系統(tǒng)。證這3&冇»膽動需達和吸系統(tǒng)原現(xiàn)進圖2雷達伺服系統(tǒng)早期的雷達伺服系統(tǒng)中多采用普通直流電動機作為執(zhí)行元件來完成對雷達天線的驅(qū)動控制。但是，普通直流電動機由于使用了電刷和機械換向器，因此在工作時會產(chǎn)生電火花干 擾，且碳刷在一些環(huán)境中磨損快、壽命短，維護不便。而稀土永磁無刷直流電動機作為一種新型的驅(qū)動執(zhí)行元件， 采用了電子換向， 因而具有可靠性高、 壽命長、 無電火花干擾的特點， 它同時還具有低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩、 高精度等性能。目前，采用無刷直流電動機作為驅(qū)動執(zhí)行元 件的伺服系統(tǒng)在

3、一些雷達系統(tǒng)中已經(jīng)開始應(yīng)用。采用無刷直流電動機作為驅(qū)動執(zhí)行元件的雷達伺服系統(tǒng)原理框圖如圖1 所示。3 無刷直流電動機及其控制3 1 無刷直流電機稀土永磁無刷直流電機是一種新型的電動機，其相電勢為梯形波，電樞電流為 120 度 矩形波。 它的基本構(gòu)成包括電動機本體、 控制器和位置傳感器三部分， 電機的三相定子繞組 分別與作為功率電子開關(guān)的橋式主回路中相應(yīng)的功率開關(guān)管連接。由于采用脈寬調(diào)制（ PW M）控制，所以，電子開關(guān)電路由功率開關(guān)單元、位置傳感器信號處理單元和脈寬調(diào)制器組 成，用來控制電動機定子各相繞組通電的順序與時間。 位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電動機轉(zhuǎn)軸 相連接， 它將轉(zhuǎn)子磁鋼位置變換成電信

4、號， 經(jīng)位置傳感器信號處理單元處理后， 去控制功率 電子開關(guān)， 使定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。 隨著各相繞組按一定順序 工作，在電機中就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場，從而拖動永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。32 無刷直流電動機的控制無刷直流電動機系統(tǒng)的原理框圖如圖 2 所示。它由脈寬調(diào)制器、無刷直流電動機的換 相處理、 驅(qū)動與保護及橋式逆變主回路幾部分組成。 本系統(tǒng)中驅(qū)動采用 IPM ，主回路為脈寬 調(diào)制式變換器，即 PWM 變換器。 PWM 變換器分為不可逆和可逆兩類，它在控制上又分為 雙極式和單極式兩種方式。 由于雙極式可逆 PWM 變換器的電流一定連續(xù)， 電機可在四個象 限中運行， 因此， 在靜、 動

5、態(tài)性能要求比較高的雷達伺服系統(tǒng)中應(yīng)采用雙極式可逆PWM 變換器。高性能的無刷直流電動機控制系統(tǒng)都采用速度、電流雙閉環(huán)控制， 如再加上位置環(huán)即可構(gòu)成無刷直流電動機位置伺服系統(tǒng)。電流控制實際上就是一種轉(zhuǎn)矩控制，其作用有三：一是在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中使電機定子電流跟隨其給定值變化， 保證起動或制動時電機能獲得允許的最大電流；二是對電源電壓波動起抗擾作用；三是當(dāng)電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電機電流的最大值。考慮到超調(diào)小、電流跟 隨性好等性能，電流環(huán)可按典型I型系統(tǒng)校正。由于雷達伺服系統(tǒng)中無刷直流電動機要受到經(jīng)常性的負載擾動，為使其具有良好的抗擾性能，并獲得較高的調(diào)速精度，就必須對其進行速度閉環(huán)控制?？紤]到速度環(huán)

6、在穩(wěn)態(tài)時無靜 差，動態(tài)時要有良好的抗擾性能，速度環(huán)可按典型n型系統(tǒng)校正。4 IPM模塊MSK4462及其應(yīng)用一般說來，智能功率模塊（IPM ）包含有數(shù)字接口電路、驅(qū)動電路、功率器件、保護電路、內(nèi)部DC - DC變換器等部分，是數(shù)?；旌鲜酱笠?guī)模集成電路。事實上，智能功率模塊 是復(fù)雜分立器件的集成，它在原理上并沒有增加新的功能。智能功率模塊是微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它是計算機與電氣設(shè)備之間的關(guān)鍵接口。IPM模塊MSK4462是一種無刷直流電動機的控制驅(qū)動功率模塊，其基本特點為：它具有3相全橋式MOSFET功率逆變器；電壓為75V、輸出電流30A ;包含有功率MOSFET驅(qū)動電路、過載

7、、短路保護電路以及上下橋臂直通保護電路、 機位置傳感器換相邏輯處理電路、 PWM 脈寬調(diào)制器、數(shù)字接口電路、內(nèi)部 DCDC 變換 器；具有電流檢測與誤差放大器，用戶根據(jù)系統(tǒng)的性能要求添加適當(dāng)?shù)难a償網(wǎng)絡(luò)即可方便地構(gòu)成 PI 電流調(diào)節(jié)器，以實現(xiàn)系統(tǒng)的電流閉環(huán)控制；它是一種真正的四象限控制的無刷直流電動機控制驅(qū)動智能功率模塊，它在零力矩附近也具有較高的控制精度，其電流始終保持連續(xù)， 電動機可工作于正轉(zhuǎn)電動、正轉(zhuǎn)制動、反 轉(zhuǎn)電動、反轉(zhuǎn)制動四種狀態(tài)，由其構(gòu)成的伺服系統(tǒng)具有較高的動、靜態(tài)性能；模塊具有較好的散熱設(shè)計。IPM 模塊 MSK4462 的功能框圖如圖 3 所示。采用 IPM 模塊 MSK4462

8、 可方便地構(gòu)成如圖 1 所示的無刷直流電動機驅(qū)動的高性能雷 達伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)中電機換相信號由 MSK4462 內(nèi)部的換相邏輯電路產(chǎn)生，而 IPM 模塊 MSK4462 外加補償網(wǎng)絡(luò)即可構(gòu)成電流 PI 調(diào)節(jié)器，以實現(xiàn)電流的閉環(huán)控制。考慮到超調(diào)小、 電流跟隨性好等性能，電流環(huán)可按典型I型系統(tǒng)校正。由IPM模塊MSK4462構(gòu)成的上述雷達伺服系統(tǒng)具有體積小、重量輕、可靠性高的優(yōu)點。在設(shè)計使用的過程中，要注意以下幾個方面的處理：（1）AV、 BV、 CV 必須在模塊外部相連， 并連到功率電源上。 另外， 它們與功率地之間還須并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙菀砸种聘?擾和電壓降落，電容應(yīng)盡量地靠近模塊。（2） A

9、69;、BQ、C©連到無刷直流電動機的三相繞組，注意，它們不能與電源或地短路，否則會損壞橋路。（3） AVS、 BVS、 CVS 必須在模塊外部相連以構(gòu)成三相全橋逆變器， 并使每個半橋的電流流過電流檢測電阻， 以構(gòu)成電流反 饋。 RTN 連到功率地。（ 4） CURRENTCOMMAND 是電流環(huán)中的差分輸入，每伏輸入對 應(yīng)于 3A 的輸出電流，最大 ±10V 的輸入對應(yīng) ±30A 的輸出電流。 CURRENTMONITOR 是電流監(jiān)視輸出端子，利用它可構(gòu)成過流保護電路。（5） E/ AOUT與E/ A 是電流環(huán)路放大器的輸出與輸入，在它們之間可接入適當(dāng)?shù)难a償網(wǎng)絡(luò)

10、來實現(xiàn)電流環(huán)的校正。（6 ）模塊內(nèi)部的脈寬調(diào)制器可產(chǎn)生最大 25kHz的PWM信號。無刷直流電動機轉(zhuǎn)子位置傳感器的輸出連 到模塊HALLA、B、C管腳，經(jīng)換相邏輯電路處理后，控制電機定子電流的導(dǎo)通順序，以 在電機中形成旋轉(zhuǎn)磁場。（7）模塊還具有6 . 25V的輸出，它可作為無刷直流電動機轉(zhuǎn)子 位置傳感器的電源。另外，模塊還具有電機制動模式和逆變器禁止輸出等功能，可根據(jù)系統(tǒng)的實際需要來選用。（8）注意第一次使用 MSK4462時，應(yīng)以較低的電壓和電流開始起動， 調(diào)節(jié)電機的相序使之能夠正常地旋轉(zhuǎn)，然后再進行正常的調(diào)試操作。（9 ）要根據(jù)使用情況選擇合適的散熱器，并且嚴(yán)格按CMOS的操作規(guī)程進行電裝。報扎b MN I小 w I i an1(iATFDftlVJ： CONTROL- PWMRTTC 11(1 ITRVCOMMAHDSLNS!：&