CN204089654U - 一种四相直流无刷电机驱动系统 - Google Patents

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丁明军
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Abstract

本实用新型公开了一种四相直流无刷电机驱动系统。它包括主电路、检测电路、控制器，主电路包括开关器件及其驱动电路，采用12个单向开关单元，每个单向开关单元由IGBT或MOSFET开关器件与二极管串联，电流只能单向流动；四相电机每相分别用三个开关单元与三相电源各相连接，检测电路由3个电压传感器、4个电流传感器和1个编码器组成，控制器由9个AD转换器和一个FPGA控制器组成，电源为三相正弦交流电源；本实用新型省去了中间储能环节如直流稳压电容，减小了驱动器的体积与重量，提高了驱动器的可靠性，扩展了适用环境范围。但大大简化了换相逻辑，使系统可靠性大幅提高。

Description

一种四相直流无刷电机驱动系统
技术领域
本实用新型涉及一种四相直流无刷电机驱动系统。
背景技术
电机的驱动通常由电力电子变换器提供。常见的变换器有DC-DC斩波器，AC-DC整流器，DC-AC逆变器，以及AC-AC整流逆变器。其中最常用的是AC-AC变换器，通常由两部分组成：整流部分和逆变部分。先将电压频率恒定的三相交流电源经不控整流或可控整流转变为直流，经中间储能元件，由逆变桥转换为电压、频率可变的交流输出。对于电压源型变换器，中间储能元件为电容；对电流源型变换器，中间储能元件为电感。
直流无刷电机(英文简称BLDC)是永磁电机的一种，区别于普通直流电机，采用电力电子开关来替代电刷与换向器实现换相。电源为交流电源时，通常需要采用AC-DC变流器。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种四相直流无刷电机驱动系统。
四相直流无刷电机驱动系统包括主电路、检测电路、控制器，主电路包括开关器件及其驱动电路，采用12个单向开关单元，每个单向开关单元由IGBT或MOSFET开关器件与二极管串联，电流只能单向流动，四相电机每相分别用三个开关单元与三相电源各相连接，分别记为A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4，检测电路由3个电压传感器、4个电流传感器和1个编码器组成，控制器由9个AD转换器和一个FPGA控制器组成，FPGA控制器由PI控制器、电流滞环控制器、驱动信号模块和电压识别模块组成，电源为三相正弦交流电源；
三相正弦交流电源的三相A、B、C经3个电压传感器、3个AD转换器与FPGA控制器中电压识别模块相连，主电路的一端与3个电压传感器相连，主电路另一端通过4个电流传感器与四相电机绕组相连，4个电流传感器通过4个AD转换器与FPGA控制器中电流滞环控制器相连，编码器安装在电机轴上，其连接线通过1个AD转换器与FPGA控制器中PI控制器相连，速度参考信号模块通过AD转换器与FPGA控制器中PI控制器相连，FPGA控制器中的驱动信号模块与主电路的驱动电路相连。
本实用新型系统采用交流电源供电，与常规交直变流器相比，省去了中间储能环节如直流稳压电容，减小了变流器的体积与重量，提高了驱动系统的可靠性，扩展了适用环境范围。
本实用新型的主电路开关采用单向开关，电流只能单向流动，因此只适用于直流无刷电机、开关磁阻电机等用单向电流即可驱动的电机，但大大简化了换相逻辑，使系统可靠性大幅提高。而控制策略选用电流滞环控制，简单可靠，无需DSP等复杂处理器，进一步提高了系统可靠性，比较适于航空等对可靠性要求很高的应用场合。
附图说明
图1四相直流无刷电机的驱动系统结构示意图；
图2本实用新型的FPGA控制器结构示意图；
图3本实用新型的四相电流波形；
图4本实用新型的电流滞环控制原理图；
图5本实用新型的供电电压等级。
具体实施方式
四相直流无刷电机驱动方法是以相电流为控制对象，电流超过上限则施加负向最大电压；电流低于下限则施加正向最大电压，产生所需参考电压信号。通过电压传感器以确定每一时刻的电源电压幅值大小关系，来得到每一时刻对应的正向最大电压与负向最大电压，产生电压等级信号，驱动信号模块将电压等级信号与电压参考信号相结合输出开关门信号，以实现电机的控制。四相直流无刷电机驱动系统包括主电路、检测电路、控制器，主电路包括开关器件及其驱动电路，采用12个单向开关单元，每个单向开关单元由IGBT或MOSFET开关器件与二极管串联，电流只能单向流动，四相电机每相分别用三个开关单元与三相电源各相连接，分别记为A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4，检测电路由3个电压传感器、4个电流传感器和1个编码器组成，控制器由9个AD转换器和一个FPGA控制器组成，FPGA控制器由PI控制器、电流滞环控制器、驱动信号模块和电压识别模块组成，电源为三相正弦交流电源；
三相正弦交流电源的三相A、B、C经3个电压传感器、3个AD转换器与FPGA控制器中电压识别模块相连，主电路的一端与3个电压传感器相连，主电路另一端通过4个电流传感器与四相电机绕组相连，4个电流传感器通过4个AD转换器与FPGA控制器中电流滞环控制器相连，编码器安装在电机轴上，其连接线通过1个AD转换器与FPGA控制器中PI控制器相连，速度参考信号模块通过AD转换器与FPGA控制器中PI控制器相连，FPGA控制器中的驱动信号模块与主电路的驱动电路相连。
本实用新型采用的电压传感器的型号为：LEM LV25-P，电流传感器的型号为：LEM LV25-NP，编码器的型号为：TS5214N8579，AD转换器的型号为：ADS8410，FPGA控制器的型号为：Actel A500K。
实施例
本系统中，四相电机每相电流为单相导通，每相导通为180□，每个时刻有两相同时导通。假设I1、I3通电方向为正方向，则系统有四个状态，分别为1+4-，1+2-，2-3+，3+4-，其中第1、3相通正电流，第2、4相通负电流，如图1、3所示。
PI控制器通过传感器获得电机实际转速与预设转速的误差值，得到参考电流幅值，结合转子位置可以得到参考电流的波形。
参考电流波形作为电流滞环控制器的输入，与电流传感器得到的电流反馈比较。电流滞环控制器内部为一个比较器，电流大于环带上限，则需要提供最大负电压V-以降低实际电流。若电流小于环带下限，则需要提供最大正电压V+以提高实际电流。若电流处于环带中间，则保持上一电压状态不变，如图4所示。
电压识别模块需要实时检测供电电压幅值大小关系。一个周期内三相供电电压波形如图5所示。一个周期内波形可以分为6个状态，每个状态所对应的最大正电压V+和负电压V-如表1所示。
表1供电电压状态图
区域 V+ V‐
1 VAB VBA
2 VAC VCA
3 VBC VCB
4 VBA VAB
5 VCA VAC
6 VCB VBC
以第1相为例。如果系统处于图2中第1状态1+4-时，第1、4相导通，若此时第1相电流I1低于环带电流下限，需要提供最高正电压V+；若此时第1相电流I1高于环带电流上限，需要提供最高负电压V‐；若此时第1相电流I1处于环带中间，则电压保持不变，开关与上一个状态相同。此时不同电压下的导通开关如表2所示。
表2供电电压状态图
区域 V+ 导通开关 V‐ 导通开关
1 VAB A1、B4 VBA B1、A4
2 VAC A1、C4 VCA C1、A4
3 VBC B1、C4 VCB C1、B4
4 VBA B1、A4 VAB A1、B4
5 VCA C1、A4 VAC A1、C4
6 VCB C1、B4 VBC B1、C4
系统处于其他状态1+2-，2-3+，3+4-时与1+4-状态时原理相同。
其他相2、3、4的控制原理与第1相相同。

Claims (1)

1.一种四相直流无刷电机驱动系统，其特征在于：它包括主电路、检测电路、控制器，主电路包括开关器件及其驱动电路，采用12个单向开关单元，每个单向开关单元由IGBT或MOSFET开关器件与二极管串联，电流只能单向流动，四相电机每相分别用三个开关单元与三相电源各相连接，分别记为A1、B1、C1、 A2、B2、C2、 A3、B3、C3、A4、B4、C4，检测电路由3个电压传感器、4个电流传感器和1个编码器组成，控制器由9个AD转换器和一个FPGA控制器组成，FPGA控制器由PI控制器、电流滞环控制器、驱动信号模块和电压识别模块组成，电源为三相正弦交流电源；
三相正弦交流电源的三相A、B、C经3个电压传感器、3个AD转换器与FPGA控制器中电压识别模块相连，主电路的一端与3个电压传感器相连，主电路另一端通过4个电流传感器与四相电机绕组相连，4个电流传感器通过4个AD转换器与FPGA控制器中电流滞环控制器相连，编码器安装在电机轴上，其连接线通过1个AD转换器与FPGA控制器中PI控制器相连，速度参考信号模块通过AD转换器与FPGA控制器中PI控制器相连， FPGA控制器中的驱动信号模块与主电路的驱动电路相连。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104253567A (zh) * 2014-09-01 2014-12-31 浙江机电职业技术学院 一种四相直流无刷电机驱动系统及其方法
CN104578662A (zh) * 2015-01-12 2015-04-29 夏阳 绕组的偶数相可并联结构及控制

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104253567A (zh) * 2014-09-01 2014-12-31 浙江机电职业技术学院 一种四相直流无刷电机驱动系统及其方法
CN104253567B (zh) * 2014-09-01 2017-02-15 浙江机电职业技术学院 一种四相直流无刷电机驱动系统及其方法
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