無位置傳感器無刷直流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計
楊蘋，胡郴龍，姜華
(華南理工大學(xué)電力學(xué)院廣東省綠色能源技術(shù)重點實驗室，廣東廣州510640)
摘要：探討了無位置傳感器無刷直流電動機(BLDCM)變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計過程，給出了基于智能功率模塊(IPM)PS21865的主電路實現(xiàn)方案，完成了以數(shù)寧信號處理器TMS320I,F2407A為核心的控制電路和輔助電路的硬件設(shè)計，整個系統(tǒng)集成度高、控制靈活、功能完善。試驗結(jié)果表明，無位置傳感器BLDCM變頻調(diào)速系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能，系統(tǒng)控制精度高、運行穩(wěn)定可靠，具有實際應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：無刷直流電動機；變頻調(diào)速；無位置傳感器
中圖分類號：TM 92I 51：TM 33文獻標志碼：A文章編號：1673-5540(2010)05-0324-5
0 引 言
由于無位置傳感器無刷直流電動機(Brash—less DC Motor，BLDCM)變頻調(diào)速系統(tǒng)具有體積小、效率高、調(diào)速精度高和轉(zhuǎn)矩大等特點，并具有良好的節(jié)能效果，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在各類驅(qū)動裝置和伺服系統(tǒng)中[1-2]。
本文針對目前國內(nèi)、外對無位置傳感器BLD—CM變頻調(diào)速系統(tǒng)需求越來越大、要求越來越高的現(xiàn)狀，在理論分析和仿真試驗的基礎(chǔ)上，完成了無位置傳感器BLDCM的變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計。使用高性能數(shù)字信號處理器(DSP)滿足了電機控制系統(tǒng)不斷增加計算速度的要求，同時引入集成度較高的智能功率模塊(Inte]]igent PowerModule，IPM)，提高了產(chǎn)品的模塊化水平。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、控制靈活、實用性強。
1 BLDCM系統(tǒng)工作原理
BLDCM系統(tǒng)巾電動機本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)電路三部分組成[3]。直流電源通過開關(guān)電路向電動機定子繞組供電，位置傳感器實時檢測到轉(zhuǎn)子所處的位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信號來控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而自動控制繞組的通斷電，實現(xiàn)電子換向。與BLDCM系統(tǒng)相比，無位置傳感器BLDCM系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子位置信息是通過處理器進行計算獲得的，其原理圖如圖1所示。
目前，BLDcM無傳感器控制[4-5]較為典型的控制方法有反電勢法、定子三次諧波法、渦流效應(yīng)法、磁通估計法等[6]，其中反電勢法是一種******實用的轉(zhuǎn)位置檢測方法。由丁BLDcM的繞組反電勢波形直接反映轉(zhuǎn)子的位置，因此可以利用繞組反電勢米獲取轉(zhuǎn)子的位置信息。對于采用兩相導(dǎo)通三相六拍運行方式的BLDcM而言，二相繞組中在任意時刻總有一相處于斷開狀態(tài)，檢測斷開相的反電勢信號，當其過零點時，轉(zhuǎn)子直軸與該相繞組軸線重合，再經(jīng)過30。電角度按照開通順序進行換相。故只要檢測到各相反電勢的過零點，即可獲知轉(zhuǎn)予的若干個關(guān)鍵位置，這就是反電勢法的基本原理[7]。反電勢轉(zhuǎn)子位置檢測法在電動機起動前，必須對轉(zhuǎn)子進行定位后才能進行正常的位置計算。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計
本文設(shè)計的無位置傳感器Blll)cM變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由主電路、控制電路和輔助電路二三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。主電路包括整流和斬波電路及IPM功率和檢測電路；控制電路即DsP調(diào)速控制器模塊；輔助電路主要由系統(tǒng)和驅(qū)動電源模塊及人機接口電路構(gòu)成。
2．1主電路設(shè)計
本文介紹的無位置傳感器BLDcM變頻調(diào)速系統(tǒng)是基于交一直一交變頻調(diào)速系統(tǒng)拓撲進行的硬件設(shè)計，交直交變頻的基本組成電路有整流和逆變兩部分，整流電路將工頻交流整流成直流電，逆變電路再將直流電逆變成為頻率可調(diào)的****輸出電流限額為20 A。 (2)IPM功率電路。
IPM功率和檢測模塊實現(xiàn)了本系統(tǒng)中無位置傳感器BI。DcM的__作電源逆變和運行狀態(tài)檢測的任務(wù)，直接影響電動機的工F常運行和控制器的控制精度。
IPM包含了IGBT芯片及外圍的驅(qū)動和保護電路，是一種集成型功率器件。由于其簡單易用、性能穩(wěn)定及日趨走低的價格而獲得了廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)所用的IPM選用三菱電機株式會社的第三代DIP—IPM Ps21865。該芯片具有如下典型特點：低損耗；采用自舉電路結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)單電源驅(qū)動；內(nèi)置有IGBT驅(qū)動電路，過載保護，控制電源欠壓保護；內(nèi)置專用HVIc(}tigh V0ltage Ic：600V)，無需絕緣電路(如光耦)等。雖然IPMPS21865已經(jīng)提供了方便的控制接口，但為了系統(tǒng)安全，還是建議使用4組 |
