永磁同步电机之永磁无刷直流电动机的控制电路

永磁无刷直流电动机的控制电路主要完成位置信号的译码、驱动信号生成、 PWM斩波信号控制、转速检测和控制，同时还具有过流保护、软起动、正反转控制等功能，它是电机控制器的核心。

1．转子位置信号译码

转子位置传感器发出的位置信号经过光祸隔离得到宽度为1800电角度的方波信号，根据电机正反转的设置情况对位置方波信号采用不同的逻辑处理，使控制电路产生正转或反转所需要的驱动信号。

2 . PWM斩波信号控制

永磁无刷直流电动机的转速与直流电压成正比，通过控制PWM斩波信号占空比可以方便地控制电动机的转速。一般采用RC振荡电路或晶振电路产生锯齿波，与转速设定信号相比较产生PWM斩波信号。

3．转速检测电路

电动机的转速检测一般采用测速发电机或光电编码器，但永磁无刷直流电动机一般功率较小，不宜在轴上安装转速传感器。通常利用转子位置传感器的信号检测转速，电机每转对应尸个方波脉冲，因此方波信号的频率与电机输出的速度成正比。可以利用图7一43所示的单稳态测速电路检测电机转速。电机位置传感冲信号送到触发器输人端TR，其上升触发器输出Q端产生等宽等高的脉冲，再低通滤波器后输出一个直流电压，该电压幅值正比于电机的转速，即为电机的转速信号。这种测速方法只适用于电机转速较高的场合，且转速检测精度较低。此外，还可根据位置传感器信号的特点和单片机的运算功能实现测速，以提高电机转速的检测精度，使电机的速度控制更加灵活。常用的测速方法有三种，分别为T法、 M法和M / T法。T法是通过霍尔信号两个相邻脉冲的时间间隔来确定转速的，该方法适合于速度比较低的场合，当转速较高时，其准确性较差。假设计数器时钟频率为f，无刷直流电动机极对数为p，霍尔信号相邻两个脉冲内计数器计数值为N，则对应的实际转速为n一60f / ( NP）。M法是利用一段固定的时间间隔内霍尔信号的脉冲数来确定转速的，其性能特点正好与T法相反，比较适于高速场合。假设定时时间为T，该时间段霍尔信号脉冲计数为N，则对应的实际转速为n一60州（TP）。M / T法则集中了T法和M法的优点，低速阶段采用T法测速，高速阶段采用M法测速，从而在整个速度范围内都有较好的准确性。

4．电动机的正反转控制

直流电动机可以通过改变磁场的方向和电枢电压的极性改变电机的转向，但这在永磁无刷直流电动机中不适用。在永磁无刷直流电动机中，可以通过改变电枢绕组的导通顺序来改变电动机转向，表7一9为图7一41对应的电机正反转开关导通顺序。

5．电机的起动

永磁无刷直流电动机起动时，电机转速为零，即绕组感应电动势为零，直流母线电压全部加在绕组阻抗上，导致起动电流很大，危及电机和控制器的安全运行，故一般采用限流起动。通过图7一41中检测电阻Rl上的电压信号来检测母线电流，当电流超过限定值时，封锁逆变器驱动信号，使绕组电流通路截止，迫使绕组电流下降；当电流低于某一值时，重新开通逆变器驱动信号，如此循环，实现电机的限流起动。

6．变结构控制的实现

无刷直流电动机的本体结构与调速永磁同步电动机相同。永磁无刷直流电动机具有起动‘性能好、调速方便、动态特性优良的特点；调速永磁同步电动机具有转速精确、运行稳定的特点。因此可以采用变结构的控制方法使电动机具有这两种方式的优点，即电机低速起动或

调速过程中，采用无刷直流电动机运行方式，提高系统的动态性能；在电机进人转速稳定区域后，则采用同步电动机运行方式，转子转速与供电频率同步，使其具有高的转速稳定度。用转子位置传感器信号检测电机转速，一旦电机失去同步，马上转换为无刷直流电动机运行方式，重新将转子拉人同步。