无刷直流电机控制系统是什么

工业控制

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描述

  无刷直流电机控制系统

  无刷直流电机(BLDC)又被称为电子换向电机,相比传统有刷电机,其内部转子由电线绕组改为永磁体,碳刷由电子换向器取代,外部直流电通过电子换向器产生交流电,进而驱动电机。伴随着机械与电子的科技发展,无刷直流电动机在社会生产生活中占据着越来越重要的地位,本着可塑性宽,工作稳定的特点,无刷直流电动机的使用也日益壮大。本设计是基于有位传感器的无刷直流电机控制系统,通过无刷直流电机的工作原理,采用三相全桥驱动电路,设计成闭环控制系统,其能实现电机转速可调和转速可显示。整个设计通过仿真软件实现,分析了无刷直流电机的转速,定子电流,线电压等。

  无刷直流电机结构简单、出力大和效率高,在机器人、家用电器等场景中使用非常广泛。例如,现在很多人形机器人、四足机器人、机械臂、无人机及云台都会用到无刷电机。

  常见到无刷直流电机(BLCD)和永磁同步电机 (PMSM),它们的结构大体相同,存在细微的结构差异,所以直流无刷电机常采用梯形波或方波驱动,永磁同步电机更多使用正弦波驱动。

  近年来,无刷直流电动机愈来愈多地在很多领域得到应用,它除了保持有刷直流电动机优越的起动性能和调速性能以外,其最大的特点,就是没有换向器和电刷组成的机械接触结构,因而具有寿命长、噪声低、运行可靠、维护简便等一系列优点,且由于其转速不受机械换向的限制,可在宽广的范围内平滑地调速。在电动自行车上应用无刷直流电动机来取代原来的有刷直流电动机,由于采用了电子无接触式换向,不仅延长了电机的使用寿命,而且调速方便,易于控制,运行平稳。本文以直流无刷电机为研究对象,以无刷直流电机控制系统为控制目标,以PWM为控制设计技术,采用PIC系列单片机为主控芯片,文章主要研究其电压换向、过流保护、欠压保护、起动和调速和纯堵转保护等功能。文章研究包含硬件和软件两个方面,硬件方面实现的功能有:电源设计、转把输入设计、驱动电路设计、过流保护电路设计、欠压保护电路设计和换相电路设计等部分。

  无刷操作的优点

  传统电机的电刷向转子绕组传输功率,当通电时,转入固定磁场。静止的刷子与旋转转子上的旋转金厘触点之间的摩察会号致磨损。另外,由于电刷与金属接触不良和电列放电,可能会损失电力。

  由于BLDC电机无需使用电剧,而是使用“电子换向器”通过消除这种磨损和功率损耗,电机的可靠性和效率得到了提高。此外,无剧直流电机与有刷直流电机和感应电机相比具有更多的优点,包括更好的速度与扭短特性:更快的动态响应:无声操作,和更高的速度范围。

  此外,相对于电机尺寸而言,所提供的扭矩比率更高,使其成为潜如洗衣机和电动汽车等应用的理想选择,因为这些应用票要高功率,但紧凑和轻便是关键因素。(但是,应该注意的是,电刷式直流电机确实具有较高的启动转矩。)

  由于定子和转子产生的磁场以相同的频率旋转,所以BLDC电机被称为“同步“类型,这种安排的一个好处是BLDC电机不会遇到感应电机典型的“滑动”现象

  虽然电机可以采用单相,双相或三相型,但后者是最常见的类型,并且将在此讨论。

  BLDC电机的定子包括钢叠片,轴向开槽以容纳沿着内周绿的偶数个绕组(图1) 。虽然BLDC电机定子类似于感应电机,但绕组分布不同。

  图1: BLDC电机救定了,显示带轴向绕复较开博就环。(licrochip提供!

  转子由永磁体和2至8个NS极对构成,更多的磁体增加招矩并平滑掉所谓的扭矩波动,从而减少电机的功率输出。缺点是更复杂的控制系统,成本增加和最大速度降低。

  传统上,铁氧体磁体被用来制造永碰体,但当代单位倾向于使用稀土磁体。虽然这些磁体更昂贵,但它们会产生更大的磁通密度,,从而允许转子在给定的转矩下变小,这些强大的磁铁的使用是BLDC电机比相同尺寸的电剧式直流电机提供更高功率的关精原因。

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