無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
楊蘋，胡郴龍，姜華
(華南理工大學(xué)電力學(xué)院廣東省綠色能源技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510640)
摘要：探討了無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(BLDCM)變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程，給出了基于智能功率模塊(IPM)PS21865的主電路實(shí)現(xiàn)方案，完成了以數(shù)寧信號(hào)處理器TMS320I,F2407A為核心的控制電路和輔助電路的硬件設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)集成度高、控制靈活、功能完善。試驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)位置傳感器BLDCM變頻調(diào)速系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能，系統(tǒng)控制精度高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；變頻調(diào)速；無(wú)位置傳感器
中圖分類號(hào)：TM 92I 51：TM 33文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673-5540(2010)05-0324-5
0 引 言
由于無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(Brash—less DC Motor，BLDCM)變頻調(diào)速系統(tǒng)具有體積小、效率高、調(diào)速精度高和轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)，并具有良好的節(jié)能效果，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在各類驅(qū)動(dòng)裝置和伺服系統(tǒng)中[1-2]。
本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)、外對(duì)無(wú)位置傳感器BLD—CM變頻調(diào)速系統(tǒng)需求越來(lái)越大、要求越來(lái)越高的現(xiàn)狀，在理論分析和仿真試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，完成了無(wú)位置傳感器BLDCM的變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。使用高性能數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)滿足了電機(jī)控制系統(tǒng)不斷增加計(jì)算速度的要求，同時(shí)引入集成度較高的智能功率模塊(Inte]]igent PowerModule，IPM)，提高了產(chǎn)品的模塊化水平。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、控制靈活、實(shí)用性強(qiáng)。
1 BLDCM系統(tǒng)工作原理
BLDCM系統(tǒng)巾電動(dòng)機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)電路三部分組成[3]。直流電源通過(guò)開關(guān)電路向電動(dòng)機(jī)定子繞組供電，位置傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)到轉(zhuǎn)子所處的位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)來(lái)控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而自動(dòng)控制繞組的通斷電，實(shí)現(xiàn)電子換向。與BLDCM系統(tǒng)相比，無(wú)位置傳感器BLDCM系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子位置信息是通過(guò)處理器進(jìn)行計(jì)算獲得的，其原理圖如圖1所示。
目前，BLDcM無(wú)傳感器控制[4-5]較為典型的控制方法有反電勢(shì)法、定子三次諧波法、渦流效應(yīng)法、磁通估計(jì)法等[6]，其中反電勢(shì)法是一種******實(shí)用的轉(zhuǎn)位置檢測(cè)方法。由丁BLDcM的繞組反電勢(shì)波形直接反映轉(zhuǎn)子的位置，因此可以利用繞組反電勢(shì)米獲取轉(zhuǎn)子的位置信息。對(duì)于采用兩相導(dǎo)通三相六拍運(yùn)行方式的BLDcM而言，二相繞組中在任意時(shí)刻總有一相處于斷開狀態(tài)，檢測(cè)斷開相的反電勢(shì)信號(hào)，當(dāng)其過(guò)零點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子直軸與該相繞組軸線重合，再經(jīng)過(guò)30。電角度按照開通順序進(jìn)行換相。故只要檢測(cè)到各相反電勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)，即可獲知轉(zhuǎn)予的若干個(gè)關(guān)鍵位置，這就是反電勢(shì)法的基本原理[7]。反電勢(shì)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)法在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前，必須對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行定位后才能進(jìn)行正常的位置計(jì)算。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的無(wú)位置傳感器Blll)cM變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由主電路、控制電路和輔助電路二三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。主電路包括整流和斬波電路及IPM功率和檢測(cè)電路；控制電路即DsP調(diào)速控制器模塊；輔助電路主要由系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電源模塊及人機(jī)接口電路構(gòu)成。
2．1主電路設(shè)計(jì)
本文介紹的無(wú)位置傳感器BLDcM變頻調(diào)速系統(tǒng)是基于交一直一交變頻調(diào)速系統(tǒng)拓?fù)溥M(jìn)行的硬件設(shè)計(jì)，交直交變頻的基本組成電路有整流和逆變兩部分，整流電路將工頻交流整流成直流電，逆變電路再將直流電逆變成為頻率可調(diào)的****輸出電流限額為20 A。 (2)IPM功率電路。
IPM功率和檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)了本系統(tǒng)中無(wú)位置傳感器BI。DcM的__作電源逆變和運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)的任務(wù)，直接影響電動(dòng)機(jī)的工F常運(yùn)行和控制器的控制精度。
IPM包含了IGBT芯片及外圍的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，是一種集成型功率器件。由于其簡(jiǎn)單易用、性能穩(wěn)定及日趨走低的價(jià)格而獲得了廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)所用的IPM選用三菱電機(jī)株式會(huì)社的第三代DIP—IPM Ps21865。該芯片具有如下典型特點(diǎn)：低損耗；采用自舉電路結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)單電源驅(qū)動(dòng)；內(nèi)置有IGBT驅(qū)動(dòng)電路，過(guò)載保護(hù)，控制電源欠壓保護(hù)；內(nèi)置專用HVIc(}tigh V0ltage Ic：600V)，無(wú)需絕緣電路(如光耦)等。雖然IPMPS21865已經(jīng)提供了方便的控制接口，但為了系統(tǒng)安全，還是建議使用4組 |
