直流无级调速控制系统的设计

・１１８・　价值工程　直流无级调速控制系统的设计　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｓｔｅｐｌｅｓｓ　Ｓｐｅｅｄ　Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　张劲松ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｎ—ｓｏｎｇ　（江苏省计量科学研究院，南京２１００４６）　（Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００４６，Ｃｈｉｎａ）　摘要：无刷电机既有有刷直流电机的优良性能，又有交流异步电机结构简单的特点，集两者优点于一体。无刷直流电机驱动和控　制朝着通用数字信号处理和专用集成电路控制两个方向发展。本文着重介绍专用集成电路控制器的内容。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ｍｏｔｏｒ　ｈａｓ　ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　ｇｏｏｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｂｒｕｓｈ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｍｐｌｅ　ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ　ｏｆ　ＡＣ　ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ，　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ　ｂｏｔｈ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ．Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ　ｄｒｉｖｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｔｏｗａｒｄｓ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ—ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ—ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．　关键词：无刷直流电机；控制器；设计　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｄｅｓｉｇｎ　中图分类号：ＴＰ３６８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４３１１（２０１５）１６—０１１８—０２　Ｏ引言　力矩电机是控制系统中最常用的执行元件，目前在惯　性仪表中应用较多的是直流有刷力矩电机。有刷直流电机　由于机械结构上有电刷和换向器，电机在长时间运行过程　中由于存在摩擦力，极易打火花，使得电刷组件之间接触　不良而影响仪表正常作业。为了规避这些缺陷，本文介绍　了一种结构简单，不需要经常维护和检修的无刷直流电　机。它结合传统有刷电机的设计理念，在组成元件上优化　设计，解决了有刷电机的电刷及换向器的设计缺陷，并且　性，其工作原理见图２。其中，ｐｓ是位置检测器，常称作位置　传感器，用于检测侧磁极的位置并发出型号去触发电子开　关线路中的功率开关元件，使之严格同步。从电机的接线方　法来看，电动机相数越多，其起动特性及低速运转平稳性越　好，但控制线路越复杂。直流电机的接线方法详见表１。　表１直流电机的接线方法　电子开关型式　电枢绕组型式　星形三相三状态　非桥式　星形四相四状态　每种状态导通相数　磁状态角　一相　一相　１２０。　９０。　创造性的利用电子开关线路及位置传感器实现了电枢绕　组电流换向。尤其在最近几年，永磁材料不断更新换代，带　动了电子器件水平不断提升，无刷电机的功能特性及使用　性能逐步巩固，应用范围也逐渐拓展到航空、航天等特殊　领域。本文将重点分析无刷直流电机控制电路的设计。　１无刷直流电机概述　无刷直流电机是一种无换向器电机，又称无整流子电　星形五相十状态　星形三相六状态　正交两相四状态　闭式三相六状态　闭式四相四状态　二相，三相　二相　一相　三相　四相　３６。　６０。　９０。　６０。　９０。　●　桥式　机，是一种新型的无级变速电机。它由一台同步电动机，一　套简单的逆变器和一个转子位置检测器组成，具有结构简　单，不需要经常维护和检修的特点。　１．１基本结构无刷直流电机主要由电机本体、位置　传感器和控制驱动电路三大部分组成。系统组成框图见　图１　（ａ）　【ｂ）　图２无刷直流电动机原理图　２无刷电机的控制驱动设计　目前众多领域采用无刷直流电机为执行元件，它的核　心是控制器。无刷力矩电机的控制驱动主要包括：位置信　号处理电路、各相信号分配电路和功率电路三个环节。　２．１位置信号处理电路位置传感器主要用于确保定　子绕组产生的旋转磁场与转子磁场之间保持规定的超前　图１无刷直流电机的系统组成　关系，通过位置信号处理电路将位置传感器信号转换为三　相方波信号，经信号分配电路产生的换相顺序信号，控制　１．２工作原理无刷直流电动机具有直流电动机的特　功率开关器件根据相应指令控制电机绕组的通断，由此产　生转矩。控制信号的极性决定转矩的方向，控制信号的幅　作者简介：张劲松（１９７０一），男，江苏镇江人，助理工程师，研究方　值决定转矩的大小。此外，位置信号一律按方波信号的格　向为电子信息应用及计量。　式进行整形和处理，并且导通区、截止区都应执行１８０。电角