无刷直流电机是在有刷直流电动机的基础上开展来的,具有无极调速、调速规模广、过载能力强、线性度好、寿命长、体积小、重量轻、出力大等长处,处理了有刷电机存在的一系列问题,广泛使用于工业设备、仪器仪表、家用电器、机器人、医疗设备等各个领域。因为无刷电机没有电刷进行主动换向,因而需求运用电子换向器进行换向。无刷直流电机驱动器完成的便是这个电子换向器的功用。
主流的无刷直流电机的操控方法
现在主要有三种:FOC(又称为矢量变频、磁场矢量定向操控)、方波操控(也称为梯形波操控、120°操控、6步换向操控)和正弦波操控。那么这3种操控方法都各有什么优缺陷呢?
方波操控
方波操控运用霍尔传感器或许无感预算算法取得电机转子的方位,然后依据转子的方位在360°的电气周期内,进行6次换向(每60°换向一次)。每个换向方位电机输出特定方向的力,因而可以说方波操控的方位精度是电气60°。因为在这种方法操控下,电机的相电流波形接近方波,所以称为方波操控。
方波操控方法的长处是操控算法简单、硬件本钱较低,运用功能普通的操控器便能取得较高的电机转速;缺陷是转矩动摇大、存在必定的电流噪声、功率达不到最大值。方波操控适用于对电机滚动功能要求不高的场合。
正弦波操控
正弦波操控方法运用的是SVPWM波,输出的是3相正弦波电压,相应的电流也是正弦波电流。这种方法没有方波操控换向的概念,或许以为一个电气周期内进行了无限多次的换向。显着,正弦波操控比较方波操控,其转矩动摇较小,电流谐波少,操控起来感觉比较“细腻”,可是对操控器的功能要求稍高于方波操控,而且电机功率不能发挥到最大值。
FOC操控
正弦波操控完成了电压矢量的操控,直接完成了电流巨细的操控,可是无法操控电流的方向。FOC操控方法可以以为是正弦波操控的升级版别,完成了电流矢量的操控,也即完成了电机定子磁场的矢量操控。
因为操控了电机定子磁场的方向,所以可以使电机定子磁场与转子磁场时间保持在90°,完成必定电流下的最大转矩输出。FOC操控方法的长处是:转矩动摇小、功率高、噪声小、动态呼应快;缺陷是:硬件本钱较高、对操控器功能有较高要求,电机参数需匹配。
哪种方法更适合未来的开展?
FOC是现在无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)高效操控的最佳选择。FOC精确地操控磁场巨细与方向,使得电机转矩平稳、噪声小、功率高,而且具有高速的动态呼应。因为FOC的优势显着,现在已在许多使用上逐步代替传统的操控方法,在运动操控职业中备受瞩目。
FOC典型操控框图如下。为了得到电机转子的方位、电机转速、电流巨细等信息作为反应,首先需求收集电机相电流,对其进行一系列的数学变换和预算算法后得到解耦了的易用操控的反应量。然后,依据反应量与目标值的误差进行动态调理,终究输出3相正弦波驱动电机滚动。
FOC依照电机有无传感器来区分可以分为有传感器FOC和无传感器FOC。
关于有传感器FOC,因为电机的传感器(一般为编码器)能反应电机转子的方位信息,因而在操控中可以不运用方位预算算法,操控起来相对无传感器FOC简单,可是对带传感器的电机使用来说,往往对操控功能要求较高。
关于无传感器FOC,因为电机不带任何传感器,因而不能通过简单读取传感器的测量值来得到电机转子的方位信息,所以在操控中需求通过收集电机相电流,运用方位预算算法来核算转子方位。虽然无感FOC的操控难度较大,可是它可以防止传感器毛病的危险,而且省去了传感器的本钱,一起简化了电机与驱动板间的布线。现在,无感FOC多使用在风机类的场合中。
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