本節(jié)將分析討論無刷直流永磁電動機(jī)的一個具體例子，以便更好地理解霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器在無刷直流永磁電動機(jī)中所起的作用。
本例子中的霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器采用三個霍爾器件，它們沿定子圓周可以相互間隔60°電角配置，也可以相互間隔120°電角配置，本例子是相互間隔60°電角配置的。
圖1．30是無刷直流永動電動機(jī)的控制框圖。圖13l給出了“二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)”
無刷直流永磁電動機(jī)中霍爾器件的輸出信號、反電動勢和相電流之間的相互關(guān)系，顯示了霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器的六個開關(guān)狀態(tài)與電動機(jī)運行過程中的六個磁狀態(tài)的一致性。每旋轉(zhuǎn)60°電度角，就有一個霍爾器件改變其狀態(tài)，逆變器內(nèi)與之相對應(yīng)的某一相的開關(guān)狀態(tài)也將更新變化一次，這樣開關(guān)狀態(tài)變化六次(或稱六步)就完成一個電氣周轉(zhuǎn)。一個電氣周轉(zhuǎn)內(nèi)開關(guān)狀態(tài)的變化次數(shù)可以用s來標(biāo)記。如果一臺電動機(jī)的磁極數(shù)2P=4，額定轉(zhuǎn)速Nh=3000rAnin，我們把電動機(jī)正常運行時逆變器內(nèi)開關(guān)狀態(tài)每秒鐘變化的次數(shù)稱之為無刷直流永磁電動機(jī)的頻率Fm，則Fm可以按下式計算
圖1．30中的逆變器是由六個BG1至BG6的功率開關(guān)器件所組成的橋式電路。根據(jù)電動機(jī)的電壓和電流的額定值，功率開關(guān)器件可以選用MOSFES或者IGBTs，或者選用一般的雙極性功率晶體管。
表1 .14和表1．15分別列出了電動機(jī)順時針和逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的A、B和c三個信號與六個功率開關(guān)器件的開關(guān)順序之間的關(guān)系。霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的A、B和c三個信號饋送至PIC18FXX31微控制器，作為PIcl8FGX31微控制器的輸入信號。然后，PICI8FXX31微控制器根據(jù)表1．14和表1．15所規(guī)定的驅(qū)動順序定義(協(xié)議)，對逆變器中六個功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行控制。
在圖1-30所示的無刷直流永動電動機(jī)的控制框圖中，如果由PWMl至PWM6標(biāo)記的六根信號線傳送的不是脈寬調(diào)制PWM信號，面是按照表1．14和表1．15所規(guī)定的驅(qū)動順序定義(協(xié)議)傳送的只是導(dǎo)通和截止的高低電平，電動機(jī)將在額定速度上運行。這時，直流母線電壓等于電動機(jī)的額定電壓和導(dǎo)通功率開關(guān)器件的壓降之和。為了改變速度，這些被傳送的信號必須是在一個比電動機(jī)頻率厶高很多的頻率上進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)的信號。根據(jù)經(jīng)驗，脈寬調(diào)制PWM的頻率至少是電動機(jī)****頻率的lO倍。當(dāng)PWM的占空度在導(dǎo)通順序區(qū)段內(nèi)變小時，供給電動機(jī)定的平均電壓就減小，電動機(jī)的速度就下降；反之，當(dāng)PwM的占空度在導(dǎo)通順序區(qū)段內(nèi)變大時，供給電動機(jī)定的平均電壓就增加，電動機(jī)的速度就升降。
采用PWM信號的另一個優(yōu)點是，當(dāng)直流母線電壓比電動機(jī)的額定電壓高很多的情況下，可以把PWM信號的占空度限止在與電動機(jī)的額定電壓值相等效的百分比上，并借此來控制電動機(jī)。這樣，增加了控制器能與具有不同額定電壓的電動機(jī)配合使用的靈活性，借助調(diào)節(jié)PWM信號的占空度可以使控制器輸出的平均電壓與電動機(jī)的額定電壓相匹配。
逆變器的控制方法有多種。一般情況下，逆變器內(nèi)的六個功率開關(guān)器件都接受PWM信號的控制，如圖1132(a)所示。如果PWM信號在微控制器中在數(shù)量上受到限止，不能同時提供六路PWM信號的情況下，則逆變器內(nèi)上邊的功率開關(guān)器件BG1、BG3和BG5可以在相應(yīng)順序的整個導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)完全被接通，而逆變器內(nèi)下邊的功率開關(guān)器件BG4、BG6和BG2仍按照導(dǎo)通順序接受具有一定占空度的PWM信號的控制，如圖1．32(b)所示。
同時，PICl8FXX31微控制器內(nèi)的一個計數(shù)器，我們可以利用它來計算霍爾轉(zhuǎn)速。
子位置傳感兩次相鄰輸出信號電平跳變之間的時間間隔。根據(jù)這個時間間隔可以計算出電動機(jī)的實際速度，進(jìn)而可以求出電動機(jī)的實際速度與設(shè)定的參考速度之間的誤差。然后，利用一個比例積分／微分(PID)控制器來放大這個速度誤差，并能在動態(tài)過程中調(diào)節(jié)PWM信號的占空度，從而實現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。
