1、a,1,部 門：杭州綠天新能源科技 講 師：李 淑 亞 日 期：2015.09.09 Q Q: 645529932 電 話：152 6817 3890 E-mail: techgreensky-,電機控制器基礎知識培訓,創(chuàng)造價值 實現(xiàn)共贏,a,2,經(jīng)驗交流 知識共享 互相學習 攜手共進,創(chuàng)造價值 實現(xiàn)共贏,a,3,目 錄,主要內(nèi)容,1.電機控制器定義 2.無刷直流電機發(fā)展概況 3.無刷直流電機與有刷直流電機區(qū)別 4.無刷直流電機結(jié)構(gòu) 5.無刷直流電機基本原理分析 6.無刷直流電機運行特性 7.無刷直流電機控制系統(tǒng) 8.變頻器與電機控制器區(qū)別 9.驅(qū)動器、控制器、編碼器之間關系 10.無刷電機控

2、制器舉例 11.調(diào)速電機控制器舉例 12.電動三輪車控制器舉例 13.空心杯電機控制器舉例,a,4,a,5,電機控制器是通過集成電路的主動工作來控制電機按照設定的方向，速度，角度，響應時間進行工作。使得電機應用范圍更為廣泛，輸出效率更高，噪音更小等優(yōu)點。,1-1 電機控制器定義,電機控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能:對各種輸入信號進行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各種控制信號;產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號，實現(xiàn)電機的調(diào)速;實現(xiàn)短路、過流、欠壓等故障保護功能。 無刷電機控制器的原理無刷電機控制器的基本維修無刷電機控制器無刷電機控制器是可用于為三相無刷電機提供

3、封閉回路的換向控制信號的控制裝置，同時利用模式還可對電機速度進行控制并對電機進行必要的保護，無刷電機的控制器要比有刷電機控制器復雜得多。,a,6,a,7,a,8,無刷直流電動機的發(fā)展概況 無刷直流電動機是在有刷直流電動機的基礎上發(fā)展起來的，這一淵源關系從其名稱中就可以看出來。有刷直流電動機從19世紀40年代出現(xiàn)以來，以其優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制特性，在相當長的一段時間內(nèi)一直在運動控制領域占據(jù)主導地位。但是，有機械接觸電刷-換向器一直是電流電機的一個致命弱點，它降低了系統(tǒng)的可靠性，限制了其在很多場合中的使用。為了取代有刷直流電動機的機械換向裝置，人們進行了長期的探索。早在1917年，Bolgior就提出了

4、用整流管代替有刷直流電動機的機械電刷，從而誕生了無刷直流電機的基本思想。 所謂無刷，就是利用電子器件和傳感裝置代替直流電動機的換向器。這使電動機減少了滑動接觸，消除了換向火花，減少了對無線電的干擾。具有以下優(yōu)點：調(diào)速范圍廣、調(diào)速性能平滑、啟動迅速、噪音低。 無刷直流電動機系統(tǒng)因而得到了迅速的發(fā)展。在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會上，前聯(lián)邦德國的MANNESMANN公司正式推出了 MAC無刷直流電動機及其驅(qū)動器，引起了世界各國的關注，隨即在國際上掀起了研制和生產(chǎn)無刷直流系統(tǒng)的熱潮，這業(yè)標志著無刷直流電動機走向?qū)嵱秒A段。 我國對無刷直流電動機的研究起步較晚。1987年，在北京舉辦的聯(lián)邦德國金屬加工設備

5、展覽會上，SIEMENS和BOSCH兩公司展出了永磁自同步伺服系統(tǒng)和驅(qū)動器，引起了國內(nèi)有關學者的廣泛注意，自此國內(nèi)掀起了研制開發(fā)和技術引進的熱潮。經(jīng)過多年的努力，目前，國內(nèi)已有無刷直流電動機的系列 產(chǎn)品，形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。,1-2 無刷直流電機發(fā)展概況,a,9,無刷直流永磁電動機與有刷直流永磁電動機的比較,1-3 無刷直流電機與有刷直流電機區(qū)別,a,10,下面以干手器電機為例，從幾個方面來談談有刷電機和無刷電機的區(qū)別： 1、適用范圍：無刷電機的設備可以運用于：乳制品行業(yè)、釀造行業(yè)、肉制品加工行業(yè)、豆制品加工行業(yè)、飲料加工行業(yè)、糕點加工業(yè)、藥品業(yè)、電子精密廠、等一些更高要求的無塵車間等，像迪

6、奧電器產(chǎn)的無刷電機（DIHOUR）干手器，運用到工廠里比較多。 碳刷電機：只能適用于各式洗手間等對要求不是太高的區(qū)域，而像無塵車間和防爆車間就無法使用了！ 2、使用壽命：無刷電機：可連續(xù)工作20000小時左右，常規(guī)的使用壽命7-10年。 碳刷電機：可連續(xù)工作5000小時左右，常規(guī)的使用壽命2-3年。 3、使用效果：無刷電機：以90-95m/s高速運轉(zhuǎn)，實際效果可達到5-7s的干手時間。 碳刷電機：運轉(zhuǎn)速度及干手時間要遠低于無刷電機。 4、節(jié)能方面：相對而言，無刷電機的耗電量只是碳刷的1/3。 5、日后維修方面碳刷電機磨損后，不僅更換碳刷，還更換轉(zhuǎn)齒等電機周邊的附件，成本要高出很多。最主要的是，

7、整體的功能將會受到影響。 6、噪音及使用壽命碳刷電機所發(fā)出的噪音要比無刷電機的高的多，而且隨著日后的碳刷磨損，有刷電機噪音會越來越大，而無刷電機就不會受影響。,a,11,a,12,無刷直流電機結(jié)構(gòu)： 無刷直流電動機由電動機本體、位置傳感器及電子換向開關電路三個基本部分組成。其中位置傳感器相當于直流電動機的電刷，電子換向開關就是一個靜止的換向器。 1、電動機本體 由一定極對數(shù)的永磁鋼轉(zhuǎn)子（亦稱主轉(zhuǎn)子）和一個多相的電樞繞組（亦稱主定子）組成。 電樞繞組分開啟式和閉合式兩種，固定在定子鐵心槽內(nèi)。電樞繞組有三相星形接法、四星星形接法、三相角形接法、四相閉合式接法、二相正交式接法。其繞組的端頭和相應的電

8、子開關電路連接。為了改善齒諧及減少轉(zhuǎn)矩波動，電樞繞組可采用分數(shù)槽繞組。電樞鐵心由硅鋼片疊壓而成。,1-4 無刷直流電機結(jié)構(gòu),a,13,2、位置傳感器 其作用主要是檢測轉(zhuǎn)子的位置，隨轉(zhuǎn)子位置變化依次通電。 傳感器轉(zhuǎn)子和傳感器定子組成，前者與主轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，后者安裝在定子機殼內(nèi)。它能夠提供信號，并按照一定的邏輯關系去觸發(fā)電子換向開關電路。 位置傳感器的構(gòu)成及主要特點： 磁敏轉(zhuǎn)換式：1）構(gòu)成：傳感器定子（按照一定次序配置的磁敏元件霍爾元件、磁敏二極管或三極管） 2）特點：霍爾元件體積小，正反轉(zhuǎn)控制方便，并能提供隨轉(zhuǎn)子位置做正炫變化的信號，對溫度敏感。 電磁轉(zhuǎn)換式：1）：構(gòu)成：傳感器定子按一定次序配置

9、的電磁元件開口變壓器（電感器）；傳感器轉(zhuǎn)子（導磁片） 2）特點：結(jié)構(gòu)可靠，輸出信號大而穩(wěn)定，抗震，對環(huán)境要求不高，體積較大。 光電轉(zhuǎn)換式：1）構(gòu)成：傳感器定子（按照一定次序配置的光電元件光敏二極管、三極管、發(fā)光二極管或固態(tài)光源）傳感器轉(zhuǎn)子（有光柵形成的旋轉(zhuǎn)光束）四狀態(tài)。,a,14,3、電子換向開關電路 由適當數(shù)量的三極管等組成，它與相應的電刷繞組相連接，各功率元件的導通與截止，取決于位置傳感器的信號。繞組型式忽然電子開關電路的配合方式： 三相星形（開啟式）繞組，一相導通，三相三狀態(tài)； 四星星形（開啟式）繞組，一相導通，四相四狀態(tài)； 三相星形（開啟式）繞組，二相導通，三相六狀態(tài) 三相閉合式繞組，

10、三相導通，三相六狀態(tài)； 四相閉合式繞組，一相導通，四相四狀態(tài)； 二相正交式（開啟式）繞組，一相導通，二相四狀態(tài)。,a,15,無刷直流電動機的基本工作原理 1無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩分析 電機本體的電樞繞組為三相星型連接，位置傳感器與電機轉(zhuǎn)子同軸，控制電路對位置信號進行邏輯變換后產(chǎn)生控制信號，控制動信號經(jīng)驅(qū)動電路隔離放大后控制逆變器的功率開關管，使電機的各相繞組按一定的順序工作。,1-5 無刷直流電機基本原理分析,a,16,如圖1-1所示，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（順時針）到圖a所示的位置時，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，使T1、T6 導通，即A、B兩相繞組通電，電流從電源的正極流出，經(jīng)T

11、1流入A相繞組，再從B相繞組流出，經(jīng)T6回到電源的負極，此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電機的轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。 當轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過60電角度，到達圖b所示位置時，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，使T1、T2導通，A、C兩相繞組通電，電流從電源的正極流出，經(jīng)T1流入A相繞組，再從C相繞組流出，經(jīng)T2回到電源負極。此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電機的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動。 轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60電角度，逆變器開關就發(fā)生一次切換，功率開關管的導通邏輯為T1、T6T1、T2T3、T2T3、T4T5、T4T5、T6T1、T6。 在次期間，轉(zhuǎn)子始終受到順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)

12、。 轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60電角度，定子繞組就進行一次換流，定子合成磁場的磁狀態(tài)就發(fā)生一次躍變?？梢姡姍C有6種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導通，每相繞組的導通時間對應于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120電角度。無刷直流電動機的這種工作方式叫兩相導通星型三相六狀態(tài)，這是無刷直流電動機最常用的一種工作方式。,a,17,2無刷直流電動機與輸出開關管換流信號 無刷直流電動機的位置一般采用三個在空間上相隔120電角度的霍爾位置傳感器進行檢測，當位于霍爾傳感器位置處的磁場極性發(fā)生變化時，傳感器的輸出電平將發(fā)生改變，由于三個霍爾傳感器位檢測元件的位置在空間上各差120電角度，因此從這三個檢測元件輸出端可以獲得三個在時間上互差120度、

13、寬度為180度的電平信號，分別用A、B、C來表示，如圖1-2所示，以信號A為例，A相位置寬度為180電導角：在0-60度，T1必須導通，故T1狀態(tài)為1，而C相還剩下60度通電寬度，所以此段時間為T1和T6等于1，（此時下部可供導通的管子為T4、 T6和T2，而為避免橋臂直通，T4不能導通；T2的導通時間未到，故只能是T6導通）；而在60度120度，此時只有A相通電，B和C相處于非導電期，故導通的開關管為T1和T2（T1和T2等于1），其中T2是為B相導電作準備；而在120度180度時，由于 每一相只有120電導角導電時間，故此時T1關斷（T1=0），T2仍然導通（B相開始進入導電期），此時可知

14、，T1關斷，T5不能開通（防止橋臂直通），則此時只能開通T3，所以T3信號此時間段為1。其他時間段的開關管導通情況與此類似。 理論上，只要保證三個位置傳感器在空間上互差120度，開關管的換流時刻總是可以推算出來的。然而，為了簡化控制電路，每個霍爾傳感器的起始安裝位置在各自相繞組的基準點（r0=00）上.那么在r0=00的控制條件下，A相繞組開始通電的時刻（即該相反電勢相位30度位置）恰好與A相位置傳感器輸出信號A的電平跳變時刻重合，此時應將T1開關管驅(qū)動導通。同理，其他開關管的導通時刻也可以按同樣方法確定。,a,18,本設計選用的是三相無刷永磁直流電動機，其額定電壓UH=36V,電樞額定電流I

15、aH=8.5A,電樞峰值電流IaP 15A,額定轉(zhuǎn)速nH=350r/min,額定功率PH=250W。,圖1-2 無刷電動機位置檢測及開關管驅(qū)動信號,a,19,表1-2 無刷電動機直流通電控制方式開關切換表,a,20,無刷直流電動機的運行特性,1-6 無刷直流電機運行特性,1)、機械特性 無刷直流電動機的機械特性為：,（1-1）,UT-開關器件的管壓降 Ia-電樞電流 Ce-電機的電動勢常數(shù) -每級磁通量 可見無刷直流電動機的機械特性與一般直流電動機的機械特性表達式相同，機械特性較硬。在不同的供電電壓驅(qū)動下，可以得到如1-3圖所示機械特性曲線簇。 當轉(zhuǎn)矩較大、轉(zhuǎn)速較低時，流過開關管和電樞繞組的電

16、流很大，這時，管壓降隨著電流增大而增加較快，使在電樞繞組上的電壓有所減小，因而圖所示的機械特性曲線會偏離直線，向下彎曲。,a,21,圖1-3 機械特性曲線簇,a,22,2）、調(diào)節(jié)特性 無刷直流電動機的調(diào)節(jié)特性如圖1-4所示。,圖1-4 調(diào)節(jié)特性,a,23,（1-2）,（1-3）,調(diào)節(jié)特性的始動電壓和斜率分別為：,從機械特性和調(diào)節(jié)特性可以看出，無刷直流電動機與一般直流電動機一樣，具有良好的調(diào)速控制性能，可以通過調(diào)節(jié)電源電壓實現(xiàn)無級調(diào)速。但不能通過調(diào)節(jié)勵磁調(diào)速，因為永磁體的勵磁磁場不可調(diào)。,a,24,3）、工作特性 電樞電流與輸出轉(zhuǎn)矩的關系、效率輸出轉(zhuǎn)矩的關系如圖1-5所示。,圖1-5 工作特性,

17、在輸出額定轉(zhuǎn)矩時,電機效率高、損耗低是無刷直流電動機的重要特點之一。,a,25,1）、無刷直流電動機系統(tǒng)的組成 無刷直流電動機(Brushless DC Motor,簡稱BLDCM)是一種典型的機電一體化產(chǎn)品,它是由電動機本體、位置檢測器、逆變器和控制器組成的自同步電動機系統(tǒng)或自控式變頻同步電動機。 位置檢測器檢測轉(zhuǎn)子磁極的位置信號,控制器對轉(zhuǎn)子位置信號進行邏輯處理并產(chǎn)生相應的開關信號,開關信號以一定的順序觸發(fā)逆變器中的功率開關器件,將電源功率以一定的邏輯關系分配給電動機定子各相繞組,使電動機產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。 現(xiàn)對無刷直流電動機各部分的基本結(jié)構(gòu)說明如下。,1-7 無刷直流電機控制系統(tǒng),a,

18、26,1電機本體 無刷直流電動機最初的設計思想來自普通的有刷直流電動機，不同的是將直流電動機的定子、轉(zhuǎn)子位置進行了互換，其轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生氣隙磁通；定子為電樞，有多相對稱繞組。原直流電動機的電刷和機械換向器被逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測器所代替。所以無刷直流電動機的電機本體實際上是一種永磁同步電機。由于無刷直流電動機的電機本體為永磁電機，所以無刷直流電動機也稱為永磁無刷直流電動機。 定子的結(jié)構(gòu)與普通同步電動機或感應電動機相同，鐵心中嵌有多相對稱繞組。繞組可以接成星形或三角形，并分別與逆變器中的各開關管相連，三相無刷直流電動機最為常見。,a,27,2逆變器 目前，無刷直流電動機的逆變器主開關一般采用

19、IGBT或功率MOSFET等全控型器件，有些主電路已有集成的功率模塊（PIC）和智能功率模塊（IPM），選用這些模塊可以提高系統(tǒng)的可靠性。 無刷直流電動機定子繞組的相數(shù)可以有不同的選擇，繞組的連接方式也有星形和角型之分，而逆變器又有半橋型和全橋型兩種。不同的組合使電動機產(chǎn)生不同的性能和成本。綜合以下三個指標有助于我們做出正確的選擇： （1）繞組利用率。 與普通直流電動機不同，無刷直流電動機的繞組是斷續(xù)通電的。適當?shù)靥岣呃@組利用率將可以使同時通電的導體數(shù)增加，使電阻下降，效率提高。從這個角度來看，三相繞組優(yōu)于四相和五相繞組。 （2）轉(zhuǎn)矩脈動。 無刷直流電動機的輸出轉(zhuǎn)矩脈動比普通直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈

20、動大。一般相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩的脈動越??；采用橋式主電路比采用非橋式主電路的轉(zhuǎn)矩脈動小。 （3）電路成本。 相數(shù)越多，逆變器電路使用的開關管越多，成本越高。橋式主電路所用的開關管比半橋式多一倍，成本要高；多相電動機的逆變器結(jié)構(gòu)復雜，成本也高。因此，目前以星形連接三相橋式主電路應用最多。,a,28,3位置檢測器 位置檢測器的作用是檢測轉(zhuǎn)子磁極相對與定子繞組的位置信號，為逆變器提供正確的換相信息。位置檢測包括有位置傳感器和無位置傳感器檢測兩種方式。 轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其轉(zhuǎn)子與電機本體同軸，以跟蹤電機本體轉(zhuǎn)子磁極的位置；其定子固定在電機本體定子或端蓋上，以檢測和輸出轉(zhuǎn)子位置信號。轉(zhuǎn)子

21、位置傳感器的種類包括磁敏式、電磁式、光電式、接近開關式、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器式以及編碼器等。 在無刷直流電動機系統(tǒng)中安裝機械式位置傳感器解決了電機轉(zhuǎn)子位置的檢測問題。但是位置傳感器的存在增加了系統(tǒng)的成本和體積，降低了系統(tǒng)可靠性，限制了無刷直流電動機的應用范圍，對電機的制造工藝也帶來了不利的影響。因此，國內(nèi)外對無刷直流電動機的無位置運行方式給予高度重視。 無機械式位置傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測是通過檢測和計算與轉(zhuǎn)子位置有關的物理量間接地獲得轉(zhuǎn)子位置信息，主要有反電動勢檢測法、續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測法、定子三次諧波檢測法和瞬時電壓方程法等。,a,29,4控制器 控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服

22、功能的指揮中心，它主要完成以下功能： （1）對轉(zhuǎn)子位置檢測器輸出的信號、PWM調(diào)制信號、正反轉(zhuǎn)和停車信號進行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各開關管的斬波信號和選通信號，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)及停車控制。 （2）產(chǎn)生PWM調(diào)制信號，使電機的電壓隨給定速度信號而自動變化，實現(xiàn)電機開環(huán)調(diào)速。 （3）對電動機進行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能。 （4）實現(xiàn)短路、過流、過電壓和欠電壓等故障保護電路。,a,30,無刷直流電動機兼有直流電動機調(diào)整和起動性能好以及異步電動機結(jié)構(gòu)簡單無需維護的優(yōu)點，因而在高可靠性的電機調(diào)速領域中獲得了廣泛應用。在電機轉(zhuǎn)速控制方面，絕大多數(shù)場合數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)已取代模

23、擬調(diào)速系統(tǒng)。目前，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)主要采用兩種控制方案:一種采用專用集成電路。這種方案可以降低設備投資，提高裝置的可靠性，但不夠靈活。另一種是以微處理器為控制核心構(gòu)成硬件系統(tǒng)。這種方案可以編程控制，應用范圍廣，且靈活方便。 電機控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能:對各種輸入信號進行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各種控制信號;產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號，實現(xiàn)電機的調(diào)速;實現(xiàn)短路、過流、欠壓等故障保護功能。 近幾年，國外一些大公司紛紛推出較MCU性能更加優(yōu)越的DSP(數(shù)字信號處理器)芯片電機控制器，如ADI公司的ADMC3xx系列，TI公司的TMS320C24系列

24、及Motorola公司的DSP56F8xx系列，都是由一個以DSP為基礎的內(nèi)核，配以電機控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)，使體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。但是這些專用芯片價格昂貴，外圍電路設計復雜，在廣大的民用市場無法大規(guī)模推廣應用。 無刷電機控制方法主要分為有位置傳感器控制和無位置傳感器控制兩種。在有位置傳感器的控制方法中，現(xiàn)今，由于霍爾傳感器性價比高，安裝方便，被廣泛應用作為無刷直流電機的位置傳感器。當前，國內(nèi)外對無刷直流電機無位置傳感器的控制方法主要有反電勢法、定子三次諧波法、續(xù)流二極管檢測法、脈沖檢測法神經(jīng)網(wǎng)絡控制法等。,a,31,有霍爾控制器與無霍爾控制器區(qū)別：

25、1）、有霍爾型是通過電機的的霍爾型號來判斷當前電機運動的狀態(tài)，然后控制器根據(jù)霍爾所采集的信號再控制控制器的三相輸出來給電機供電，讓電機持續(xù)正常的工作。 無霍爾無刷控制器的是電機無霍爾傳感器，控制器通過電流采集來判斷電機當前的運動狀態(tài)，然后控制控制器輸出來給電機供電，讓電機正常工作。 2）、有霍爾型電機和控制器在使用時穩(wěn)定，啟動時扭矩大，無異響。 無霍爾型電機和控制器在使用時因技術問題，目前還不是很穩(wěn)定，特別是在起步階段，穩(wěn)定性差，動力不夠。無霍爾的電機在起步加速時候工作頻繁，因為沒有傳感器，無法對轉(zhuǎn)子測速，所以起步加速控制效果不如有霍爾的。 3）、有霍爾的控制器電機線輸出有八根，三根相線，五根

26、霍爾線， 無霍爾的控制器輸出的電機線只有三根相線，沒有霍爾線。 4）、對于以維修為主的人員來說 無霍爾方便快捷。對于顧客來說還是普通無刷控制器，使用效果好。 電機壞掉的情況下，如果急用，或者維修難度高，顧客同意，才可以使用無霍爾控制器的，一般情況下 ，都是使用無刷控制的。,a,32,無刷直流電動機控制系統(tǒng)框圖,如圖2-1所示:,圖2-1 電動機驅(qū)動控制框圖,2）、無刷直流電動機控制系統(tǒng)組成,a,33,（1）微控制器 主要功能是根據(jù)電動機旋轉(zhuǎn)方向的要求和來自霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器的三個輸出信號，將它們處理成功率驅(qū)動單元的六個功率開關器件所要求的驅(qū)動順序。微控制器的另一個重要作用是根據(jù)電壓、電流和轉(zhuǎn)速

27、等反饋模擬信號，以及隨機發(fā)出的制動信號，經(jīng)過AD變換和必要的運算后，借助內(nèi)置的時鐘信號產(chǎn)生一個帶有上述各種信息的脈寬調(diào)制信號。 （2）功率驅(qū)動單元 主要包括功率開關器件組成的三相全橋逆變電路和自舉電路。自舉電路由分立器件構(gòu)成的，也可以采用專門的集成模塊等高性能驅(qū)動集成電路。 （3）位置傳感器 位置傳感器在無刷直流電動機中起著測定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開關電路提供正確的換相信息。 （4）周邊輔助、保護電路 主要有電流采樣電路、電壓比較電路、過電流保護電路、調(diào)速信號和制動信號等輸入電路。,a,34,3）、控制方法： 1、正反轉(zhuǎn) 其不能采用改變電源極性的方法來改變轉(zhuǎn)向，只能用改變定子繞組磁勢和轉(zhuǎn)

28、子磁場的相對關系來改變旋轉(zhuǎn)方向。 控制方法是用在相位上有互差180度的驅(qū)動信號，去控制相應的繞組導通，從而實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。這兩個信號可以通過兩套在空間錯開180電角度的位置傳感器定子獲得。也可用電子線路進行一定的邏輯處理，得一個正轉(zhuǎn)信號和一個反轉(zhuǎn)信號，從而控制電動機的正反轉(zhuǎn)。 2、調(diào)速 可通過改變電壓的大小來實現(xiàn)，常用的方法有： PAM:每相導通時間不變，改變每相導通時加在線圈上的電壓幅度的大小來實現(xiàn)調(diào)速。 PWM:電壓大小幅度不變，改變每相導通時間的長短來實現(xiàn)調(diào)速。,a,35,a,36,a,37,a,38,a,39,直流電機調(diào)速一般采用脈沖寬度調(diào)制。 即供電電壓是寬度可調(diào)的脈沖電壓。當脈沖最寬時

29、，相當于直流電，功率最大，轉(zhuǎn)速最高。脈沖寬度減小時，相當于直流電電壓降低，功率及轉(zhuǎn)速降低。 無刷電機沒有電刷磨損，維護相對簡單，較有刷可靠，但需加裝驅(qū)動（換向）電路，一次性投資較大。 脈寬調(diào)制（PWM）是調(diào)整脈沖的寬度而不是頻率。“脈沖寬了”指的是高電平時間長了，低電平時間短了，脈沖頻率并沒有變。脈寬調(diào)制并不是直接調(diào)整電機的速度，而是改變電機的功率或扭矩。扭矩大了，換向加快，轉(zhuǎn)速就提高了。,a,40,無刷電機pwm調(diào)速頻率是多少? 頻率一般在500-1000以內(nèi)都是正常的，圖像為正弦函數(shù)圖像：,a,41,脈寬調(diào)制原理如下圖所示：,a,42,PWM調(diào)速適用于所有類型的電機嗎？ PWM調(diào)速對步進電

30、機，伺服電機，普通電機都適用？ 步進電機是伺服電機的一種，除非你特指交流伺服電機。 PWM不適合步進電機，因為它是用節(jié)拍控制的 PWM可以用于控制直流電機，直流無刷電機，異步電機，以及各類同步電機普通電機是什么意思？ 是指異步電機或鼠籠電機嗎，如果是的話，pwm是可以用的。但是不建議用! 異步電機也有伺服電機。只不過普通的異步電機在設計時沒有考慮變頻，所以轉(zhuǎn)速改變時鐵損會比較大，發(fā)熱嚴重一些，不過只要不長期低速運行，也可以用一下。,a,43,變頻（調(diào)速）器和電機控制器的區(qū)別： 1）、控制電機起動、運行、停止、調(diào)速、變速等控制設備都可以叫做電機控制器，變頻器只是電機控制器其中的一種。 2）、伺服

31、電機是由電壓控制轉(zhuǎn)速,控制器控制的是電壓;交流馬達是由頻率控制轉(zhuǎn)速,變頻器控制的是頻率。 3）、變頻器主要用于交流電機調(diào)速，電機控制器主要用于電機控制，及特種電機的控制和調(diào)速。交流變直流的電路簡單，但機械特性差別較大，結(jié)構(gòu)差別也較大。,1-8 變頻器與電機控制器區(qū)別,a,44,交流電機調(diào)速方式： 額定轉(zhuǎn)速n=60f/p（1-s)=同步轉(zhuǎn)速N1(1-S） f電源頻率 p電機極對數(shù) s轉(zhuǎn)差率 1.利用變頻器改變電源頻率調(diào)速，調(diào)速范圍大，穩(wěn)定性平滑性較好，機械特性較硬。就是加上額定負載轉(zhuǎn)速下降得少。屬于無級調(diào)速。適用于大部分三相鼠籠異步電動機。 2.改變磁極對數(shù)調(diào)速，屬于有級調(diào)速，調(diào)速平滑度差，一般

32、用于金屬切削機床。（需電機本身具備條件，例：雙極雙速電機）。 3.改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。 （1）轉(zhuǎn)子回路串電阻：用于交流繞線式異步電動機。調(diào)速范圍小，電阻要消耗功率，電機效率低。一般用于起重機。 （2）改變電源電壓調(diào)速，調(diào)速范圍小，轉(zhuǎn)矩隨電壓降大幅度下降，三相電機一般不用。用于單相電機調(diào)速，如風扇。 （3）串級調(diào)速，實質(zhì)就是就是轉(zhuǎn)子引入附加電動勢，改變它大小來調(diào)速。也只用于繞線電動機，但效率得到提高。 （4）電磁調(diào)速。只用于滑差電機。通過改變勵磁線圈的電流無極平滑調(diào)速，機構(gòu)簡單，但控制功率較小。不宜長期低速運行 。 4.滑差調(diào)速器。這種方式其實不是改變電機轉(zhuǎn)速。而是改變和是電機軸相連的滑差離合器的離

33、合度，改變離合器輸出軸的轉(zhuǎn)速來調(diào)速的。,a,45,為什么無刷直流電機調(diào)速都用電壓調(diào)速，而不能用調(diào)頻調(diào)速呢？ 所謂變頻，顧名思義，就是改變頻率的意思。 交流電是指大小和方向都作周期性變化的電壓或電流。周期的倒數(shù)就是頻率。 直流電沒有頻率的概念，若要算直流電的頻率，按照交流電頻率的定義，可以將直流電的頻率理解為無窮小或0Hz。頻率只對交流電有意義，變頻當然也就只能針對交流電了。 直流電機只能采用直流電供電，不能使用交流電供電，更談不上變頻。 無刷直流電機依然是三相繞組，只是直流電通過逆變電路變成三相交流電供給電機本體，所以為什么不能調(diào)頻呢？ 你所說逆變器是外部驅(qū)動器，不屬于電機的一部分，這樣的電機

34、就不是直流電機，而是交流電機。交流電機可以采用變頻調(diào)速，改變逆變器輸出交流電頻率即可調(diào)速，改變電壓是不能調(diào)速的。,a,46,電機驅(qū)動器和控制器，編碼器之間的關系; 1、普通電機驅(qū)動主要是控制轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)，步進電機控制速度、方向、角度或者移動距離等等。 2、驅(qū)動器是一個接受脈沖個數(shù)和旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動步進電機動作的功率放大系統(tǒng)。 3、控制器接受編碼指令，人機對話，和把指令變化成具體脈沖個數(shù)傳輸給驅(qū)動器的中樞性器件。 4、編碼器在這里檢測電機轉(zhuǎn)動角度，方向，反饋給控制器的一個檢測元件。 驅(qū)動器是將控制器發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)換并傳給電機。 控制器好像人的大腦， 驅(qū)動器就像神經(jīng)線， 電機相當于關節(jié)實現(xiàn)具體的動作。 編碼器相當人體的神經(jīng)末梢細胞。 編碼器感應到人體各種運動信號，并將感應到的信號通過驅(qū)動器發(fā)給控制器，再由控制器接受編碼指令，人機