直流无刷电机工作原理与控制方法----LD33035应用参考

　　用LD33035（替代MC33035）可以很方便的控制直流无刷电机。

　　直流无刷电机既具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等优点。

　　由于传统的直流电机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等缺点。

　　随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均为直流无刷电机的广泛应用奠定了坚实的基础。

　　直流无刷永磁电机的基本组成：主要由电机本体、位置传感器和电子开关电路三部分组成。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（p=2,4,…）组成。

　图1. 三相两极直流无刷电机组成

　　三相定子绕组分别连接到电子开关线路中相应的功率开关器件，A、B、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。位置传感器跟踪与电机转子转轴相连接的部件。此处采用光电器件作为位置传感器，以三只功率晶体管V1、V2和V3构成功率逻辑单元。

　　三只光电器件VP1、VP2和VP3的安装位置各相差120度，均匀分布在电动机一端。借助安装在电机轴上的旋转遮光板的作用，使从光源射来的光线依次照射在各个光电器件上，并依照某一光电器件是否被照射到光线来判断转子磁极的位置。

　　常见的位置传感器有以下几种：电磁式位置传感器、光电式位置传感器、磁敏式位置接近传感器。

当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各项绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。

图2.  各相绕组的导通示意图

　　三相永磁无刷直流电机转子位置传感器输出信号VP1、VP2、VP3在每360 电角度内给出了6个代码，按其顺序排列，6个代码是101、100、110、010、011、001。当然这一顺序与电动机的转动方向有关，如果转向反了，代码顺序也就倒过来。

　　开环型无刷直流电动机的驱动控制。 其内部包括：电子换相器主回路（三相H桥电路），换相控制逻辑电路，PWM调速电路，以及过流等保护电路。 可以把PWM信号和换相控制信号通过逻辑“与”的办法合成在一起，通过调节PWM信号的占空比，来调节电机的定子电枢电压，从而实现调速。 在任何时刻，在电子换相器的主回路（三相H桥电路）中只能有两个开关管导通，也就是说，总是有高压端的一个开关管与低压端的一个开关管串联导通，所以PWM信号只需与高压端的三个开关管的控制信号通过逻辑“与”的办法合成在一起即可实现调压调速。无刷电机在开环运行的情况下，最重要的保护就是过电流保护，一般在直流主回路上取得过电流反馈信号与预设的保护值相比较，如果超过了保护值启动保护动作，一般是关闭电子换相电路中的开关晶体管从而实现保护。