三相直流无刷电机DSP控制系统的设计(4)

２．光电式位置传感器

这种传感器是利用光电效应制成的，由跟随电动机转子一起旋转的遮光板和固定不动的光源及光电管等部件组成。光电式位置传感器的性能比较稳定，但存在光源灯泡寿命短、使用要求较高等缺陷，若采用新型光电元件，可克服这些不足之处。

３．磁敏式位置传感器

磁敏式位置传感器是指它的某些电参数按照一定规律随周围磁场变化的半导体敏感元件，其基本原理为霍尔效应和磁阻效应。目前，常见的磁敏传感器有霍尔元件或霍尔集成电路、磁敏电阻器及磁敏二极管等多种。本直流无刷电机系统使用的就是霍尔集成电路。

除了上述三大类位置传感器外，还有正余弦旋转变压器和编码器等多种位置传感器。但是，这些元件成本较高，体积较大，而且所配电路复杂，因而在一般的直流无刷电动机中很少采用。

２．２工作原理

下面以图２－２说明一下直流无刷电机的运行原理和特点。此处主要说明图示的三相全控桥两两导通原理。所谓两两导通方式是指每一瞬间有两个功率管导通，每个１／６周期（６００电角度）换相一次，每次换相一个功率管，每一个功率管导通１２０。电角度。各功率管的导通顺序是ＶｌＶ６，Ｖ６Ｖ３，Ｖ３Ｖ２，Ｖ２Ｖ５，Ｖ５Ｖ４，Ｖ４Ｖ１。

当功率管Ｖ１Ｖ６导通时，电流从ｖ１管流入Ａ相绕组，再从Ｃ相绕组流出，经Ｖ６管回到电源。设疋、瓦，瓦为三相绕组产生的力矩矢量，Ｌｇｉｇ＾ｈＡ相流入Ｃ相流出时，

本文设计了48V／800W直流无刷电机的DSP调速系统的硬件和软件。硬件包括系统电源、三相全桥逆变电路、以TMS320LF2407为核心的最小系统,对电力功率器件的选择和驱动电路的设计做了大量实验。本系统的控制软件包括PWM产生、传感器信号输入、速度调节器等。对SPWM的DSP产生,Pl调节器实现做了一些探讨。

第二章直流无刷电动机的基本原理及系统构成

它们合成的转矩如图２．３ａ所示，其大小为√打，方向在瓦和一ｔ的角平分线上。当电动机转过６０。度之后，由ＶｌＶ６通电换成Ｖ３Ｖ６通电。这时，电流从ＶＦ３流入Ｂ相绕组再从Ｃ相绕组流出，经Ｖ６管回到电源，此时合成转矩如图２－３ｂ所示，其大小同样为√打。但合成转矩Ｔ的方向转过了６００电角度。而后每次换相一个功率管，合成转矩矢量方向就随着转过６０。电角度，但大小始终保持√ｊ，不变ｍ。图２－３ｃ示出了全部合成转矩的方向。

图２－２Ｙ型连接绕组三相全控桥式电路

图２－３Ｙ型绕组两两通电时的合成转矩矢量图

所以，同样一台直流无刷电动机，每相绕组通过与三相半控电路同样的电流时，采用

广

三相星型连接全控电路，在两两换相的情况下，其合成转矩增加了√３倍；每隔６０。换相一次，每个功率管通电１２００，每个绕组通电２４０。，其中正向通电和反向通电各１２０。。为了增大电机转矩，可以采用三三通电的控制方式，分析方法与上面类似。

２．３直流无刷电动机的数学模型

由于直流无刷电动机的反电势是梯形波，绕组间的互感是非线形的，这里直接采用ａｂｅ三相坐标系来建立模型。以二相导通三相星形联结，分析直流无刷电机的数学模型。为了便于分析，假定：

１．

２．

３．三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定子电流、转子磁场分布皆对称：忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响；电枢绕组在定子内表面均匀连续分布；

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——————————互坠燮墼

磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗。

相绕组的电压方程如下：４．

ｅ

ＯＯＯ｝

ＯＯ吃Ｏｅｖｏｏ皿ｄ一面

厶如妇ｋ厶ｋ狲［：｜；］旺。

Ｌ。，Ｌｋ Ｌｋ－Ｌ。，Ｌ女为常式中’巳，吃，巳为定子各相反电势（Ｖ）；‘，‘，‘为是子各相电流（Ａ）；”。，％，“ｒ为定子各相电压（Ｖ）；彤，见，疋为各相绕组的电阻（Ｑ）；三。，厶，三。为定子各相绕组自感（Ｈ）；ｋ，乞，‰，ｋ，ｋ，厶为定子各相绕组互感（Ｈ）。由于转子是永磁体，可以忽略它的磁阻影响，可以认为上∞，

量，与转子位置无关，且三相对称的，则：Ｌ＝厶＝ｔ＝ｔ；￡曲；￡ｄｃ＝￡蛔；￡如＝￡∞＝三曲＝Ｍ；

于是代入２．１式得：Ｒ。２Ｒ６＝Ｒ。＝足，

刚言

又有：屯＋毛＋ｆｃ＝ｏ；Ⅲｑ：ＯＯＯＢＯｄ一出ＢＬ＝心～心一Ｂ亿Ⅲ■若珊［；｜；］

Ｏ

｝（２．２）Ｍ’｛ａ七Ｍ｜ｉ４＝一Ｍ’ｊｃ，Ｍ ｉ。＋Ｍ ｉｃ＝一Ｍ＋吒．Ｍ ｉｃ＋Ｍ４．ｂ：一Ｍ ｉｎ代入２．２式整理得到的无刷电机的数学模型％雠１ｆｖ

Ｏ≈Ｏ０＆Ｏ＋Ｊ一办￡Ｏ

ＯＯ￡（２．３）％％巳

其中￡＝丘一Ｍ；由此可得直流无刷电机的等效电路图：

图２．４无刷电机等效电路图

得到这样的等效电路，使后续分析得到大大简化。

下面推导直流无刷电机的动态数学模型，仍然以两两导通方式运行。直流无刷电机电

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第二章直流无刷电动机的基本原理及系统构成

枢回路电压平衡方程式为：

”Ｅ＝鸥＋三等＝矗ｈ吒刳

始条件下对２．４式进行拉氏变换并整理得到：（２．４）式中吒＝％为电枢电路电磁时间：Ｅ＝Ｃｅ，ｌ为额定励磁下电动机的反电势。在零初

％Ｇ）一五Ｇ）＝丑ＬＧｘｌ＋ｒ。ｓ）（２．５）

而忽略粘性摩擦，转矩平衡方程为：乙一矸＝ｊＧＤ万２ｉｄｎ（２．６）式中乙＝ｃ。厶为额定励磁下的电磁转矩；Ｉ＝Ｃｍ‘是包括电机空载转矩在内的负载转矩；Ｉｔ为负载电流；ＧＤ２为电力拖动系统部分折算到电动机轴上的飞轮惯量；ｃ。＝罟＝（３％） ｅ为电动机额定励磁下的转矩电流比。

把乙，正代入式２．６得

ｌｄ—ＩＧＤ２Ｅ＝１ｄＥＲｄｔ：三堡Ｒ西（２．７）３７５Ｃ。ｅ

式中Ｌ＝亍Ｇｉ；Ｄ己ｊ２Ｒ百为电力拖动系统的机电时间常数。在零初试条件下对上式进行拉氏变换得；ＲＥ６）

—Ｉ—ｄ——（—Ｓ——）—－－二—‘Ｉ‘ｔ。（—ｓ—）’２：—ｒｅ—Ｓ（２．８）

由以上的动态方程式得出直流无刷电机的动态结构如图

图２－５直流无刷电机的动态结构图

由上面的动态结构图可推出系统的传递函数为：

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东南丈学硕士学位论文

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