直流变频电机驱动的技术原理及特点

 

在讲直流变频器之前，我们来了解下变频系统，变频系统是由变频器和电机组成，变频器由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元等组成。其原理是变频器根据实际的需要将工频电转换为电机需要的电压，进而达到节能、调速，控制转矩等参数的目的,而且，变频器对电机的保护功能也很好，有过载报警、过流报警、过压报警等。其控制功方式主要有V/F控制，矢量控制等，适用的场合比较多，而价格也比伺服控制系统便宜很多，变频器可以使用专用的变频电机，也可以使用一般的电机。
使用变频器的目的是节能、调速、保护电机等，使用编码器可以实现闭环控制，但定位精度不是很高，所以像风机、水泵、车辆等都是变频器控制。
变频器主要控制方式是由外部端子数字量输入或者模拟量输入控制，这种控制方式需要在外部做按钮，适合控制单一的场合；可以由PLC进行数字量或者模拟量控制，优点是集成到PLC系统里，与PLC共享信息；通过通讯的方式控制转速、转矩等。优点是大型系统里面几乎可以共享所有的变频器信息。并且可以模块化控制变频器。
了解完变频器，接下来我们跟着沐渥科技来了解下直流变频电机驱动。
电机驱动的驱动电路采用IGBT模块，IPM模块或分立元件构成的逆变电路连接电机作为控制流经电机线圈的开关。IGBT模块有的集成了三相整流桥。分立元件一般采用IGBT或MOS管(低压居多)，逆变桥的三只上管和三只下管加1只制动管共7只功率管。驱动电路隔离方式采用高速光耦隔离，实现PWM控制信号的通断。
直流变频电机的特点：高效数字直流变频压缩机的独特优点在于它摒弃了原有的“交流电压→直流电压→交流电压→变转速方式交流电机”的循环工作方式，采用先进的“交流电压→直流电压→变转速方式数字电机”控制技术，减少电流在工作中转变次数，使电能转化效率大提高。采用直流无感FOC控制技术；风速大小可以线性调整；面板或者遥控器控制；断电数据记忆功能；过流 、过压 、堵转 、缺相等关机保护功能；温度过高停机保护功能。
其中开关电源电路为驱动电路、风机、控制电路、面板等电路提供系统工作需要的各路低压电源。使用开关电源主要有以下特点:体积小,重量轻:由于没有工频变频器，所以体积和重量吸有线性电源的20-30%；功耗小，效率高：功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管的上功耗小，转化效率高，一般为60-70%，而线性电源只有30-40%。
 一般根据功率要求，采用不同的拓扑结构实现。由于单端反激变换器在小功率开关电源设计中应用非常广泛，且多路输出较方便，无刷直流电机驱动器中的开关电源主要采用这种电路拓扑结构（沐渥科技采用的就是这种）。
 控制电路由处理器在无刷电机控制系统中起核心控制作用，需要完成控制功率管开关，检测(转速，电流，角度等)，处理(内部管理，算法)等各项工作，这些功能的实现需要计算性能非常好的处理器。处理器的选择一般包括单片机，DSP，STM32等作为主控制器。用户接口:显示和通讯，多功能IO输入输出等都可以归入用户接口。显示用来实时显示系统信息，设置参数，实现人机交互。