直流無刷電機,三相無刷直流電機原理-KIA MOS管

直流無刷電機組成

直流無刷電機主要包括直流電源、控制器、電動機和確定轉子位置的霍爾傳感器四部分組成。

1.電源，可以直接以直流電輸入；如果是輸入交流電就必須先經過AC-DC轉換器轉成直流電。

2.控制器，無論是交流電源還是直流電源，在輸入到電機線圈之前必須將直流電壓通過逆變器轉成三相電壓來驅動電機，這就需由控制器來實現，控制器包括開關主電路，驅動電路，控制電路三部分組成。

a).開關主電路，由6個分立功率器件分上下臂連接電機作為控制流過電機線圈的開關，通常可選擇的功率器件有功率晶體管GTR,功率場效應管MOSFET,絕緣晶體管IGBT,可關斷晶閘管等。

b).驅動電路，就是驅動功率器件能可靠導通和關斷的驅動電路。

c).控制電路MCU，MCU通過PWM（脈沖寬度調制.信號，決定功率管開關的頻率和電子換向的時機。

3.電動機，在此為三相無刷直流電機。

4.轉子位置傳感器，要讓電機轉動起來，無刷電機必須換向才能形成旋轉磁場，要想根據 轉子磁極的位置換向時就必須要知道轉子的位置。在無刷電機中，一般采用三個開關型霍爾傳感器，空間上彼此相差120電角度，用于測量轉子的位置。由其輸出3位二進制編碼信號反饋給MCU . 電子換向時，如果滿足定子磁勢和轉子磁勢相互垂直的條件，就能取得最大轉矩。

5.安裝霍爾傳感器會增加電機的體積大小和復雜度，對電機的可靠性和制造帶來不利因素。無霍爾傳感器無刷電機的控制方法得到越來越廣泛的應用。無霍爾無刷直流電機不需要霍爾傳感器，通過檢測定子繞組的反電動勢過零點來判斷轉子當前的位置。與有霍爾的方案相比，最明顯的優點就是降低了成本、減小了體積，且電機引線從8根變為3根，使接線調試大為簡化。因為沒有霍爾來檢測轉子位置，在電機靜止或低速時，反電動勢為零或很小，難以準確檢測繞組反電動勢，無法得到有效的轉子位置信號。需要采用開環方式進行起動，造成電機起動容易產生振動，不合適負載或負載變化很大的場合。

直流無刷電機的控制原理

根據轉子磁極位置，對定子線圈進行換向通電。其中最關鍵技術是通過6個功率器件組成的3個半橋來控制線圈的6拍通電方式，形成旋轉磁場。工作過程如圖：

圖中A+，B+，C+ 為上臂功率晶體管，A- ,B- , C- 為下臂功率晶體管，6只功率晶體管按一定順次按一定要求順次導通，就可實現電機A、B、C三相繞組的輪流通電，產生旋轉磁場，如圖中所示的通電順序，B+A- , B+C-,A+C-,A+B-,C+B-,C+A- ，如此循環就產生了順時針的旋轉磁場。要電機反轉將功率晶體管開啟順序相反即可。需要注意的是同相的上臂和下臂功率管絕對不允許同時導通，否則會造成上下臂短路，燒毀功率管。

改變線圈繞組兩端的電壓，可以調節電機轉速。在電機控制系統中采用單片機產生PWM(脈沖寬度調制.波形，通過控制PWM的不同占空比，則線圈繞組的平均電壓可以被控制，從而控制電機轉速。PWM 調制方式又分兩種：全橋調制和半橋調制。在120℃導通期間，對功率逆變橋的上橋和下橋都采用PWM方式驅動，即“全橋調制”；在120℃導通期間，只對功率逆變橋的上橋（或者下橋.采用PWM方式驅動，下橋（或上橋.恒通，稱為“半橋調制”。

全橋調制下MOS管的開關頻率是半橋調制方式的兩倍左右，損耗比較大，很少用到。半橋調制比較常用，它又分為H-PWM-L-ON (在120℃導通區間內，上橋臂MOS管用PWM調制，下橋臂MOS管恒通.、H-ON-L-PWM(在120℃導通區間內，上橋臂MOS管恒通，下橋臂MOS管用PWM調制.、PWM-ON(前60℃PWM,后60℃恒通.、ON-PWM(前60℃ 恒通,后60℃ PWM) 等多種，其調制方式各有特點，需根據應用場合和具體電路選擇合適的控制方式。

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