无刷直流电动机的方波与正弦波驱动

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电机的方波和弦波各有什么优缺点?

电机的方波和弦波各有什么优缺点?

01 什么是直流无刷电机?无刷直流电机是在有刷直流电动机的基础上发展来的,具有无极调速、调速范围广、过载能力强、线性度好、寿命长、体积小、重量轻、出力大等优点,解决了有刷电机存在的一系列问题。

由于无刷电机没有电刷进行自动换向,因此需要使用电子换向器进行换向。

无刷直流电机驱动器实现的就是这个电子换向器的功能。

02 无刷电机的控制方式目前直流无刷电机的控制主要分两大类:方波控制(梯形波控制)与弦波控制,这两类控制方式的原理分别是什么呢?(1)方波控制:通过霍尔传感器获得电机转子的位置,然后根据转子的位置在360°的电气周期内,进行6次换向(每60°换向一次)。

每个换向位置电机输出特定方向的力,因此可以说方波控制的位置精度是电气60°。

由于在这种方式控制下,电机的相电流波形接近方波,所以称为方波控制。

(2)弦波控制:使用的是SVPWM波,输出的是3相正弦波电压,电机相电流为正弦波电流。

可以认为在一个电气周期内进行了多次的连续变化换向,无换相电流突变。

显然,正弦波控制相比方波控制,其转矩波动较小,电流谐波少,控制起来感觉比较“细腻”。

03 方波与弦波特点方波控制特点(1)价格便宜。

驱动器算法简单,开发难度低,开发成本较低,且本身硬件成本比弦波控制成本低;(2)加减速简单粗暴,类似于轰油门,但也容易过冲;(3)匹配电机简单,对电机霍尔相位、相电感、相电阻要求低;弦波控制特点(1)运行平稳,转矩波动小。

类似伺服的控制,运行效果顺畅,不易受负载变动而波动;(2)更加稳定可靠,使用寿命高。

弦波控制避免产生尖峰电流的冲击,而方波控制易产生尖峰电流,对mos管及电机进行冲击,容易影响使用寿命;(3)安静,噪声小。

电机运行时方波控制可明显听到“吱吱吱”的电流声,弦波控制电流声极小;(4)效率高,节能减排。

弦波控制比方波控制电机的使用效果更高,输出同等功率所需电流更低;(5)算法难度较高,成本相对方波控制会高一点;04 如何选择方波与弦波驱动既然无刷电机的控制方式有弦波与方波两种,那该如何选择呢?(1)对运行效果、性能、稳定可靠性没有太高的要求,追求低成本,选方波驱动器;(2)想要运行效果好、稳定可靠性高、静音、耗电低效率高,选弦波驱动器;深圳市安普斯智能科技有限公司所开发的无刷驱动器都是采用弦波控制,运行效果好、速度波动小、稳定可靠性高、静音,广泛应用于直流无刷广告门控制、直流无刷道闸控制、直流无刷尿素泵驱动、直流无刷医疗注射泵驱动等。

永磁无刷电机方波和正弦波驱动的转矩研究

永磁无刷电机方波和正弦波驱动的转矩研究

永磁无刷 电机采取不 同的磁路结 构和 电枢绕组 形式 , 以 可 得到两种不 同的反 电势 波形 : 正弦波 和梯形波 。其 驱动方 式按 驱动电流的波形也有两种 : 弦波驱 动和方波驱 动 。通 常具有 正
正弦波反电势的永磁无刷 电机 采用正 弦波 电流驱动 , 电磁 转矩
波反 电势 、 方波驱动电流波形 如图 1 b 所示 “J () 。 然而 , 工程上受加工工艺 的限制 , 永磁无刷 电机 的反 电势 波
态电磁转矩进行 了仿真分析 , 对两种 驱动方式下的稳 态电磁转矩 的大 小、 转矩脉动进行 了比较。结果表 明 , 弦波驱动较 正
方波驱动稳 态电磁转矩值及转矩脉动减 小, 态电磁 转矩脉动频率增加 , 动 但脉动幅值也 同时增加。
关键词 : 永磁 无刷 电机 ; 波 驱 动 ; 弦 波驱 动 ; 矩 ; 矩脉 动 方 正 转 转
Ab t a t U i g t e lw f q e c lcr ma n t ed smu ai n s f a e a d t e Malb S mu i k wh n t e s r c u td s r c : sn h o r u n y ee to g ei f l i l t ot r n h t / i l , e h u f e mo n e e ci o w a n a r r a t e ma e t g e r s ls tri d v n b a e od la d sn s i a u rn , n sse d —t t r u n y a c aee r p r n n h ma n t u h e s moo r e y t p z i a n iu od lc re t a d i ta y sae t q e a d d n mi b s i r t o tr u e a ay e T e a ay i e u t h w h t c mp e i h n ft p z i a c re td vn c e , h ta y s t oq e a n lz d. h n lss r s l s o t a o a d w t te o e o r e od l u n r ig s h me t e se d —t e r s r h a i a tr u n h oq e r p e o e s u od u rn r i gs h me i lw r t e d n mi r u i p e i g e tra d o ih rf - oq e a d t e tr u p l f h i s ia c re t i n c e o e , h y a c t q erp l s r ae n f g e r i t n l d v s o h e

无刷直流电机方波正弦波复合驱动器设计

无刷直流电机方波正弦波复合驱动器设计
摘 要 : 对 无 刷 直 流 电机 方 波 驱 动 出 力 大 , 弦 波驱 动转 矩 脉 动 和 噪 声 小 的 特 点 , 计 了基 于 霍 耳传 感 器 针 正 设 信 号 的无 刷 直 流 电 机 方 波 与 正 弦 波 复 合 驱 动 器 。在 不 改 动 硬 件 电 路 的 前 提 下 , 用 软 件 编 程 实 现 了 无 刷 直 流 利 电机 的方 波驱 动 与 正 弦 波 驱 动 以 及 两 种 驱 动 方 式 间 的 动 态 切 换 。 实 验 结 果 表 明 , 刷 直 流 电 机 运 行 稳 定 , 无 切 换 方 式 灵 活 。该 设 计 的 方 波 正 弦 波 复 合 驱 动 器 可 以有 效 拓 宽 无 刷 直 流 电 机 在 高 精 度 、 噪 声 环 境 下 的应 用 。 低 关 键 词 : 刷 直 流 电 机 ; 波 驱 动 ; 弦 波 驱 动 无 方 正 中 图分 类 号 : M3 1 T 5 文献标识码 : A
E E T I R V 2 1 V 14 No 6 L C R C D I E 0 1 O. 1 .
电 气传 动 2 1 0 1年 第 4 卷 第 6期 1
无 刷 直 流 电机 方 波 正 弦波 复 合 驱 动 器 设ห้องสมุดไป่ตู้计
谭 亚 丽 , 志 大 。 郭
(.西安 交通 大学城 市 学院 电 气与信 息工程 系 , 西 西安 70 1 ; 1 陕 1 0 8 2 西 北 工 业 大 学 自动 化 学 院 , 西 西 安 7 0 2 ) . 陕 1 1 9
Ab ta t F rb u h e sDC t r( DCM ) t e p le t r u n os a g t r p z ia x i t n sr c : o r s ls mo o BL ,h u s o q ea d n ie i l r ewi ta e o d l ct i s h e ao a d l w t i u o d l x ia in n o wih sn s i a e ct t .A o BI DCM rv rwih t a e o d l n i u o d lc mp u d e ct t n b s d d i e t r p z i a d sn s ia o o n x i i a e a ao o a l e s r sg a s wa r s n e . W ih u df i g h r wa e cr u t t e c mp u d d ie o DCM n h l s n o in l s p ee td t o tmo iyn a d r ic i, h o o n rv r f r BL

BLDC无刷直流电机的原理及驱动基础

BLDC无刷直流电机的原理及驱动基础

BLDC无刷直流电机的原理及驱动基础无刷直流电机(BLDC,也称为马达驱动)是电机和控制技术相结合的产品,电调控制电机的运行,从电流驱动角度来看,无刷直流电机可分为正弦波驱动和方波驱动。

通常,以方波驱动的电机称为无刷直流电机(BLDC),正弦波驱动的电机则为永磁同步电机(PMSM)。

无刷直流电机,跟永磁同步电机,基本结构相似,主要区别在于控制器电流的驱动方式不同。

产生相位差120度的正弦三相电,要不断的调整三路、或是六路PWM的占空比,这要求较高的处理速度。

给电机供相位差120度的方波,电机运转噪音虽大一些,但电机仍可以基本平稳的运转,方波驱动方式对处理器的速度要求低了很多。

所以方波驱动方式就广泛应用开来。

一、方波控制理论基础方波控制也叫六步控制,在一个电周期中,电机只有六种转态,或者说定子电流有六种状态(三相桥臂有六种开关状态)。

每一种电流状态都可看作合成一个方向的矢量力矩,六个矢量有规律地、一步接一步地转换,矢量旋转方向决定了电机旋转方向(顺时针或是逆时针),电机转子会跟着同步旋转。

在方波控制里,主要是对两个量进行控制,一个是电机转子位置对应的开管状态,有Hall时,通过Hall信息获取转子位置,无传感器时,通过反电动势信息获取转子位置,从而决定开管状态;第二个是PWM占空比的控制,通过控制占空比的大小来控制电流大小,从而控制转矩和转速。

二、方波算法实现步骤(1)Hall 方波控制:1.读取母线电流采样的AD 值,计算母线电流2.电流环计算应该给的PWM 占空比,控制电流为给定电流大小3. 读取hall 状态,根据Hall 状态与三相桥臂开管状态关系数组,得到相应的开管状态,每次hall 状态的跳变沿及为三相桥臂状态切换的时间点(也称为换相点)。

4. Hall 相邻状态间的扇区为一个电周期的六分之一,即为60°,用定时器可记录60°扇区所用的时间,从而计算电流频率,从而得到电机转速。

直流无刷电机的正弦波控制

直流无刷电机的正弦波控制

直流无刷电机的正弦波控制传统的直流无刷电机采用方波控制方式,控制简单,容易实现,同时存在转矩脉动、换相噪声等问题,在一些对噪声有要求的应用领域存在局限性。

针对这些应用,采用正弦波控制可以很好的解决这个问题。

直流无刷电机的正弦波控制简介直流无刷电机的正弦波控制即通过对电机绕组施加一定的电压,使电机绕组中产生正弦电流,通过控制正弦电流的幅值及相位达到控制电机转矩的目的。

与传统的方波控制相比,电机相电流为正弦,且连续变化,无换相电流突变,因此电机运行噪声低。

根据控制的复杂程度,直流无刷电机的正弦波控制可分为:简易正弦波控制与复杂正弦波控制。

(1)简易正弦波控制:对电机绕组施加一定的电压,使电机相电压为正弦波,由于电机绕组为感性负载,因此电机相电流也为正弦波。

通过控制电机相电压的幅值以及相位来控制电流的相位以及幅值,为电压环控制,实现较为简单。

(2)复杂正弦波控制:与简易正弦波控制不同,复杂的正弦控制目标为电机相电流,建立电流环,通过直接控制相电流的相位与幅值达到控制电机的目的。

由于电机相电流为正弦信号,因此需要进行电流的解耦操作,较为复杂,常见的为磁场定向控制(FOC)及直接转矩控制(DTC)等。

本文将主要介绍简易正弦波控制的原理及其实现。

简易正弦波控制原理简易正弦波控制即通过控制电机正弦相电压的幅值以及相位达到控制电机电流的目的。

通常通过在电机端线施加一定形式的电压来使绕组两端产生正弦相电压。

常见的生成方式为:正弦PWM以及空间矢量PWM。

由于正弦PWM原理简单且便于实现,因此简易正弦波控制中通常采用其作为PWM生成方式。

图1为BLDC控制结构图,其中Ux、Uy、Uz为桥臂电压,Ua、Ub、Uc为电机绕组的相电压,以下对于不同种类的PWM调制方式的介绍将基于此结构图进行。

图1 直流无刷电机控制框图(1)三相正弦调制PWM三相SPWM为最常见的正弦PWM生成方式,即对电机三个端线施加相位相差120度的正弦电压信号,由于中性点为0,因此电机相电压也为正弦,且相位与施加的正弦电压相同。

直流无刷电机简易正弦波控制

直流无刷电机简易正弦波控制

类控制方式为线电压控制。

见图2:图3 开关损耗最小正弦PWM端线电压其中Ux、Uy、Uz为电机端线电压,Ua、Ub、Uc为电机相电压,可见相电压相位差为120度。

Ux、Uy、Uz与Ua、Ub、Uc的关系如下:合并后,Ux,Uy,Uz如下:可见采用开关损耗最小正弦PWM时,Ux,Uy,Uz相位差120度,且为分段函数形式,并非正弦电压,而电机相电压Ua、Ub、Uc仍然为正弦电压。

且在120度区内端线电压为0,即对应的开关管常开或常关。

因此与三相正弦PWM相比,开关损耗减少1/3。

通过控制Ux,Uy,Uz的相位以及幅值即可以控制Ux,Uy,Uz,实现控制电流的目的。

4.直流无刷电机简易正弦波控制的实现4.1 系统结构图4 系统框图系统结构如图4所示。

工作原理如下:霍尔输入信号经过自动滤波及采样处理,得到可为分段函数,与为正的实现:因此即图5 BLDC霍尔传感器输出与反电势之间的关系采用开关损耗最小正弦PWM控制BLDC时时,电机端线电压与霍尔传感器输出之间的关系示意图如图6。

图6 采用开关损耗最小正弦PWM时,端线电压与霍尔状态的关系由图2可知,采用开关损耗最小正弦PWM时电机端线电压超前于相电压30°,因此可得采用正弦波控制时电机相电压与反电势同步。

由于相电压超前于相电流,因此相电流滞后于反电势。

4.4 转速计算转速计算依赖于霍尔传感器,理想状态下相邻两个霍尔状态的间隔为60°,实际应用中由于存在安装误差,实际间隔并非60°,会引入计算误差。

本文档中采用一个霍尔传感器的输出作为转速计算参考,如图7所示。

其中高低电平分别为180度,不会引入安装误差。

利用此信息即可计算电机转速。

图7 转速计算计算公式如下:。

其中:f为电频率,P为电机极对数4.5 角度估算与方波控制不同,正弦波控制中角度为连续变化,而BLDC中常见的3个霍尔传感器仅仅能提供6个角度信息,即0°,60°,120°,180°,240°,300°,其他角度信息无法直接获得。

永磁无刷电机方波和正弦波驱动的转矩研究

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本文读者也读过(5条) 1. 尚重阳.普清民.付骞.SHANG Chong-yang.PU Qing-min.FU Qian 基于dsPIC30F6010的BLDCM正弦波电流驱动实现 [期刊论文]-微电机2009,42(2) 2. 王宗培.韩光鲜.程智.程树康 无刷直流电动机的方波与正弦波驱动[期刊论文]-微电机2002,35(6) 3. 马瑞卿.李颖.刘冠志.MA Rui-qing.LI Ying.LIU Guan-zhi 基于dsPIC30F2010的无刷直流电动机正弦波驱动系 统设计[期刊论文]-微特电机2010,38(8) 4. 曾风平.郑成勇.章跃进.ZENG Feng-ping.ZHENG Cheng-yong.ZHANG Yue-jin 基于开关型霍尔位置传感器的永磁 同步电动机正弦波驱动[期刊论文]-微特电机2010,38(8) 5. 李颖.马瑞卿.刘冠志.谭博.LI Ying.MA Rui-qing.LIU Guan-zhi.TAN Bo 一种基于SPWM的无刷直流电动机驱动 新方法[期刊论文]-微电机2010,43(1)
LUO Ling,LIU Wei—guo,MA Rui-qing,DOU Man-feng
(School of Automation,Northwestern Polytechnical University。)【i’an 710072,China)
Abstract:Using the low frequency electromagnetic field simulation software and the Matlab/Simulink,when the surface mounted rare earth permanent magnet brusHess motor is driven by trapezoidal and sinusoidal current,and its steady-state torque and dynamic torque a∞analyzed.The analysis results show that compared with the one of trapezoidal current driving scheme.the steady-state torque and the torque tipple of the sinusoidal current driving scheme is lower,the dynamic torque tipple is greater and of higher fre-

无刷直流电动机的方波与正弦波驱动

无刷直流电动机的方波与正弦波驱动

1 无刷直流电动机 ( BLDCM )
传统的电动机分成同步电动机 (SM ) 、 异步电动 机(I M ) 和直流电动机 (DCM ) 三大类。 它们的基本 特点和区别可以这样描述: ( 1) 同步电动机的转子转 速由供电交流电源的频率决定, 增大负载时转子速 度不变。 或者说转子角速度与交流电源的角频率同 ( 2) 异步电动机的转子转速也主要取决于供电交 步。 流电源的频率, 但转子角速度只有在理想空载情况 下才与电源角频率同步, 实际上总小于同步角速度, 即有一定的转差, 且转差随负载增加而增大。 ( 3) 直 流电动机的转子转速取决于加在电枢上直流电压的 值, 负载增大时, 转速也随着下降。 异步电动机为鼠 笼型结构, 没有电刷; 小容量同步电动机大部分为永 磁转子结构, 也没有电刷; 传统的直流电动机则无一 例外地都是有刷结构。 因为电刷和换向器是直流电
3理论上讲具有方波emf动机在绕组也是方波电流的作用下可以产生恒定无脉动的电磁转矩但是由于换向过程的影响绕组电流在大部分实际运行过程中与方波相距甚远再加上emf波形也总与理想的平顶波有一定的差距所以实际的方波emf电动机在方波驱动方式运行时运行平稳性未见得有所改善
无刷直流电动机的方波与正弦波驱动 王宗培 韩光鲜 程 智, 等
设计与研究・D ES IGN ” RESEARCH
无刷直流电动机的方波与正弦波驱动
王宗培1 , 韩光鲜2 , 程 智1 , 程树康2
( 11 珠海运控电机有限公司, 广东 珠海 519001; 21 哈尔滨工业大学, 黑龙江 哈尔滨 150001)
摘 要: 采用电子换向取代机械换向的 BLDCM , 绕组电流除了与传统的 DCM 一样接近方波以外, 还可以是正弦 波, 都是有 DCM 的特性, 都属于 BLDCM 。 二种驱动方式的机械特性和转矩特性相接近, 但运行平衡性、 调速范围 和噪声等则很不一样。正弦波驱动要好得多。目前正弦波驱动 BLDCM 多用于要求高的伺服系统, 价格甚高, 这不 会影响正弦波驱动应是 BLDCM 的重要发展方向。 关键词: 无刷直流电动机; 方波驱动; 正弦波驱动; 转矩脉动 中图分类号: TM 381 文献标识码: A 文章编号: 1001- 6848 ( 2002) 06- 0003- 04
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DOI : 10. 15934 /j . cnki . micromotors . 2002. 06. 001 无刷直流电动机的方波与正弦波驱动 王宗培 韩光鲜 程 智 ,等
设计与研究· DESIGN & RESEARCH
无刷直流电动机的方波与正弦波驱动
王宗培 1 ,韩光鲜 2 ,程 智1 ,程树康 2
1 无刷直流电动机 ( BLDCM)
传统的电动机分成同步电动机 ( SM )、异步电动 机 ( IM )和直流电动机 ( DCM )三大类。 它们的基本 特点和区别可以这样描述: ( 1)同步电动机的转子转 速由供电交流电源的频率决定 ,增大负载时转子速 度不变。 或者说转子角速度与交流电源的角频率同 步。( 2)异步电动机的转子转速也主要取决于供电交 流电源的频率 ,但转子角速度只有在理想空载情况 下才与电源角频率同步 ,实际上总小于同步角速度 , 即有一定的转差 ,且转差随负载增加而增大。 ( 3)直 流电动机的转子转速取决于加在电枢上直流电压的 值 ,负载增大时 ,转速也随着下降。 异步电动机为鼠 笼型结构 ,没有电刷 ;小容量同步电动机大部分为永 磁转子结构 ,也没有电刷 ;传统的直流电动机则无一 例外地都是有刷结构。 因为电刷和换向器是直流电
近代新发展起来的 BL DCM是指没有电刷但具 有 DCM 特 性 的 电 动 机。 与 传 统 的 DCM 相比 , BL DCM 用电子换向取 代 DCM 的 机构换向 , 取消 了电刷和换向器 ; 并将原有 DCM中的定转子颠倒 , 即电枢绕组在定子上 ,与静止的电子换相电路联接 方便 ,励磁在转子上 ,为永磁体 ,不需要励磁绕组 ,也 更不需要向转子通电的滑环和电刷 ; 在 DCM 中 ,换 向器在转子上 ,它能保证当电枢导体从一个定子磁 极下转到另一个极下时其中的电流同步改变方向 , BL DCM电枢绕组中电流方向的改变由功率管的开
( 1. 珠海运控电机有限公司 ,广东 珠海 519001; 2. 哈尔滨工业大学 ,黑龙江 哈尔滨 150001)
摘 要: 采用电子换向 取代机械换向的 BLDCM ,绕组电流 除了与传 统的 D CM 一样接 近方波以外 ,还可 以是正弦 波 ,都是有 DCM 的特性 ,都属于 BL DCM。 二种驱动方式 的机械特性和转矩 特性相接近 ,但运行平衡性、调速范围 和噪声等则很不一样。 正弦波驱动要好得多。 目前正弦波驱动 BL DCM 多用于要求高的伺服系统 ,价格甚高 ,这不 会影响正弦波驱动应是 BLDCM 的重要发展 方向。 关键词: 无刷直流电动机 ;方波驱动 ;正弦波驱动 ;转矩脉动 中图分类号: T M 381 文献标识码: A 文章编号: 1001- 6848( 2002) 06- 0003- 04
Abstract: The phase curr ent of BL DCM , with replacement of mechanical commuta tion by the use o f electrica l commuta tio n, can be appro ximate to squa re- wav e a s the t raditio nal DCM ; and ca n also be a sine o ne. Both of them belo ng to BL DCM with the char acteristics o f DCM. Alth ough these t wo ty pes of driv ing sty le ar e almost with the sa me mechanical a nd tor que cha racteristics, the stability , the v elocity modula ting ra ng e and noise ar e quite differe nt. The sine- w av e driv e system is much better than th e squar e- w av e o ne. By fa r th e sine- wav e driv e system is mostly used to the high er requirement applica tio n a nd with a higher price, with can no t be a bar rier of the sine- wav e driv e r epr esenting the impo r ta nt dev elo ping o rienta tion o f BLD CM . Key words: BLD CM ; squar e- wav e driv e; sine- w av e driv e; to rque pulsatio ns
Squave- wave Drive and Sine- wave Drive of BLDCM W AN G Zong - pei1 , HAN Guang - xi an2 , C HEN G Zhi1, CHEN G Shu- ka ng2
( 1. Zhuhai M o tio n Co ntro l M oto r Co. Ltd. , Zhuhai 519001, China; 2. Har bin Institute of T echnolog y , Har bin 150001, China )
收稿日期: 2002- 11- 05
动机中将产生交流电势的电枢绕组与直流电源联接 的枢纽 ,是直流电动机构成的关键组成部分 ,可以理 解为将电枢绕组的交流电势整流成直流电势与电源 相联 ,也可以理解为将电源的直流电压逆变成多相 交流电压与电枢绕组相联。 可见 ,对于传统的电动 机 ,同步和异步电动机—— 交流电动机基本上是无 刷电动机 ,而直流电动机则无例外地为有刷电动机。
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