0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

无刷电机的变频器控制原理及解决方案

东芝半导体 来源:未知 作者:胡薇 2018-06-28 16:50 次阅读

电机在实际生活中应用十分广泛,在家用中大家熟知的冰箱、洗衣机、空调,在办公自动化方面的打印机、复印机、扫描仪等。在以前的电机应用中,交流感应电机占有最重要的地位和最广泛的应用,它结构简单,运行可靠,但是效率偏低,尤其是在家电行业使用的低功率电机。

进入21世纪,电机控制技术的进步以及环境保护的需求,促使永磁直流无刷电机控制技术逐渐成熟,无刷电机较有刷电机有更加广泛的应用,能满足更多操控性复杂产品的需求,广泛应用于家电、工业控制,特点是高效率、操控性能优良。

什么是无刷电机?

直流无刷电机与直流有刷电机,最大的区别在于电机换向机构的不同,从电刷换向机构转变为半导体换向元件,将电刷与整流子置换为变频器电路。由于半导体换向元件没有机械磨损,和因机械磨损而产生的噪声,大大增加了控制的灵活性,便于先进电机控制技术的发展和应用。它们两者的结构如下图所示。

无刷DC电机与永久磁铁同步(PMSM)电机基本上具有相同的构造,无刷电机是一种采用永久磁铁为转子(旋转)、线圈为定子(固定)的构造,切换线圈电流的流向与电机的旋转相结合的电机。电机通过外部变频器的控制,并于检测出转子旋转位置的位置检测电路,和变频器配套使用。

直流无刷电机控制电路需要定位电机转子的位置,从而精确的控制电机达到高效率、低噪声、迅速响应的效果。位置检测方法主要有下面几种:

霍尔传感器检测

利用霍尔元件检测由永久磁铁制成的转子的磁场变化来检测转子的位置,这种方法稳定可靠,但精度较低。

感应电压检测

利用转子旋转产生的感应电压的变化来检测转子的位置,这是检测无传感器由电机位置的方法之一,这种方法在电机停止的时候无法检测电机转子的位置。

电流检测

电流检测方法属于软件算法类,需要微处理器具有强大的运算能力。

无刷电机的结构原理

电机是通过磁场同极相斥、异极相吸的作用,进行旋转。利用该作用,改变定子上缠绕线圈电流的流向,就改变了定子的磁场方向,从而驱动转子(附带永久磁铁)进行旋转。电机如果施加电压,则会根据电压的极性进行正转或反转,转速与电压成比例进行变化。

下图是有刷直流电机和无刷直流电机的结构对比,有刷直流电机是带永久磁铁的定子、线圈转子、电刷和整流子构成,利用整流子旋转,改变流向线圈电流的方向,从而改变转子的磁力方向,产生推动了,驱动转子旋转。

无刷直流电机则是利用变频器控制电流,改变流向线圈电流的方向,从而改变定子的磁力方向,产生推动力,驱动转子旋转。

无刷电机除了上面的内转子型,还有很多种类。直流电机结构设计是复杂的机电一体化工程,本篇简单介绍电机的实际结构。上面所用的直流电机,转子是采用永磁体,极数是2的倍数,而如果是三相电机,定子的槽数就是3的倍数。比如,通常空调电机会采用12槽8极的电机,槽口极数越多,电机的磁链就越复杂。电机的极对数越多,运转越平稳。

无刷电机的驱动原理

一般而言,无刷电机是利用控制电路(微处理器)、微处理器程序、变频器电路、电机、位置传感器配套进行驱动。

什么是PWM?

电机是典型的电感性负载,而脉宽调制的控制方式能够满足电机驱动的控制需求。对应电机运行的不同速度需求,脉宽调制的频率,一般选择20KHz及以上,能够回避人能够听到的极限频率。对应不同电机的最高转速从低到高,脉宽调制的频率同样需要从低到高的调整。

什么是变频器?

变频器是使用半导体器件的功率转换装置之一,将直流转换为交流的装置称为DC-AC变频器。一般来说,将交流变为直流的AC-DC整流器,与DC-AC变频器组合,转换为任意频率与电压的电路称为变频器电路(变频器)。

什么是驱动器

直流电机的驱动器,从应用角度有很多种控制方式,但是基本的功率驱动部分变化不大。电机驱动器是指驱动电机的变频器电路的半导体元器件,主要由功率电子元件和二极管构成的三相全桥电路,功率电子元件使用晶体管、FET、IGBT等元件。实际应用中,需要满足电机工作和调速的要求,通常需要高耐压、大电流。东芝有相应的单片集成功率电路,能够适应小型电机的驱动需求。

矩形波驱动

矩形波驱动又叫方波驱动,流过电机的电流是类似梯形的波形,是一种最简单的驱动方法,控制相对简单,成本低。其根据转子的旋转角度切换功率电子元件的ON/OFF状态,从而改变定子线圈的电流方向来驱动转子旋转。

方波驱动的换相角是120度,存在较大的转矩波动,同时流过电机的电流有较大的尖峰及脉冲。因此,方波驱动的噪声较正弦波驱动大,效率低。

正弦波驱动

正弦波驱动是一种根据转子的旋转角度,连续地将定子线圈的电压转换为正弦波来驱动转子旋转的方法,是现在主流的三相直流无刷电机驱动方式。

正弦波驱动与矩形波驱动相比,正弦波驱动不仅具有效率高,还具有低振动、低噪声的有点。在控制方面需要检测转子的位置,实时地推测转子位置,输出符合转子位置的正弦波电压。

东芝电机驱动解决方案

东芝的正弦波驱动方案,是通过霍尔信号产生马鞍形的调制波,控制驱动电路实现电机的正弦波电流,在家电行业广泛应用,可提升电机整体效率,还有抑制噪声。目前可用于对噪声要求较高的应用中,如电风扇、空气净化器等方面有广泛应用。

东芝的直流电机驱动方案广泛应用于家电、办公自动化、工业机器以及数字化便携设备,在车载系统中也有广泛使用。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 变频器
    +关注

    关注

    251

    文章

    6503

    浏览量

    144212
  • 无刷电机
    +关注

    关注

    57

    文章

    823

    浏览量

    45756

原文标题:无刷电机的变频器控制原理

文章出处:【微信号:toshiba_semicon,微信公众号:东芝半导体】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    深度剖析变频器电机漏电原因及方案

    有的现场使用变频器控制电机会出现漏电问题,漏电电压有几十伏到200伏不等,对人生还是财产都会带来不小的损失,到底为何会出现漏电呢?有什么好的解决方案针对
    发表于 11-04 19:20 1857次阅读

    变频器电机的影响和解决方案

    连着烧两台新电机变频器输出电流电压都平衡,输入电压平衡,电流不稳,波动在20%-50%,变频器是在35Hz匝间短路烧掉的,电网电压很稳定,720V,电机
    的头像 发表于 05-01 20:55 1.8w次阅读

    变频器控制电机漏电解决方案

     漏电问题的解决方案 为了避免这个问题的发生,在硬件设计的时候,就加入了感应电浪涌滤波电路,并将浪涌滤波的接地端于变频器的外壳相连。
    发表于 10-10 10:25 2013次阅读

    为什么要用变频器控制电机变频器控制方式都有哪些?

    变频器控制电机的接线较为简单,跟接触的接线差不多,三根主电源进线,然后出线给电机,但是其中的设置就有说道了,
    发表于 11-02 09:46 3917次阅读

    用于无刷电机控制器设计的两芯片解决方案

    用于无刷电机控制器设计的两芯片解决方案
    发表于 11-15 19:18 6次下载
    用于<b class='flag-5'>无刷电机</b><b class='flag-5'>控制器</b>设计的两芯片<b class='flag-5'>解决方案</b>

    变频器是如何控制电机

    我们都知道,变频器是从事电气工作所应该掌握的一种技术,使用变频器控制电机是电气控制中较为常见的方法;有的也要求一定要熟练运用。今天小编就以浅
    的头像 发表于 12-15 14:53 5257次阅读

    变频器控制电机的小知识1

    我们都知道,变频器是从事电气工作所应该掌握的一种技术,使用变频器控制电机是电气控制中较为常见的方法;有的也要求一定要熟练运用。今天小编就以浅
    的头像 发表于 01-31 16:26 1635次阅读
    <b class='flag-5'>变频器</b><b class='flag-5'>控制</b><b class='flag-5'>电机</b>的小知识1

    变频器控制电机的小知识2

    我们都知道,变频器是从事电气工作所应该掌握的一种技术,使用变频器控制电机是电气控制中较为常见的方法;有的也要求一定要熟练运用。今天小编就以浅
    的头像 发表于 01-31 16:27 4756次阅读

    滑环电机怎样使用变频器控制

    使用变频器可以实现对滑环电机的调速控制变频器是一种能够将输入电源的频率和电压进行调整,并将调整后的输出电源供给给电机的装置。通过改变
    发表于 03-02 18:04 1972次阅读

    滑环电机怎么使用变频器控制

    需要注意的是,在使用变频器控制滑环电机时,需要选择合适的变频器和滑环电机配对,保证变频器的输出频
    发表于 03-09 15:38 1645次阅读

    调节变频器的速度来实现精确电机控制

    变频器是专用来调节电机转速的设备,改变电源频率来调节电机转速。我们通过以下步骤实现调节变频器的速度,达到控制
    的头像 发表于 11-11 08:07 1430次阅读
    调节<b class='flag-5'>变频器</b>的速度来实现精确<b class='flag-5'>电机</b><b class='flag-5'>控制</b>

    变频器是怎么控制电机

    变频器是一种电力电子设备,主要用于控制电机的转速和扭矩。它通过改变电源频率和电压来实现对电机控制。那么
    的头像 发表于 01-09 18:21 2947次阅读
    <b class='flag-5'>变频器</b>是怎么<b class='flag-5'>控制</b><b class='flag-5'>电机</b>的

    变频器如何控制电机

    变频器,作为电力控制领域的重要设备,其核心价值在于能够精确地控制交流电动机的运行。变频器通过改变电机工作电源的频率来实现对
    的头像 发表于 05-29 15:36 1901次阅读

    变频器产生的干扰及解决方案

    随着工业自动化技术的飞速发展,变频器作为现代电力传动系统的核心设备,广泛应用于电机调速、节能降耗等领域。然而,变频器在运行过程中会产生各种电磁干扰,对周围设备、系统甚至整个电网的稳定运行构成威胁。因此,研究
    的头像 发表于 06-11 11:43 1997次阅读

    无刷电机控制方案设计合作

    无刷电机控制应用包含:电动工具风机,水泵,家电变频电机,自动化设备领域等。无刷电机控制
    发表于 09-26 11:46 22次下载