直流无刷电机实验

电气工程及其自动化专业实验实验名称：直流无刷电机实验

实验报告书

科目：特种电机及其控制

专业：电气工程及其自动化

班级：05111001

学号：0511100110

姓名：陈祥杰

重庆邮电大学移通学院

2013年6月

直流无刷电机实验

一．实验目的

1.了解直流无刷电机的运行原理

2.掌握直流无刷电机的DSP控制。

二．实验内容

1.实现无刷直流电机的正反转控制

2.实现无刷的速度调节

3.实现无刷直流电机电流环和速度环双环闭环控制

三．原理简介

1.直流无刷电机的原理

无刷直流电动机的结构原理图如图2－1所示：

图1 直流无刷电动机的结构原理图

无刷直流电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关电路三部分组成。电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动装置。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(2p＝2，4，…)组成。图1中的电动机本体为三相两极，三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联接，在图1中A相、B相、C 相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联接[2]。

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，从而使定子各相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。

所以，所谓直流无刷电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、永磁式同步电动机以及位量传感器三者组成的“电动机系统”。其原理框图如图2所示。

图2 直流无刷电动机的原理框图

2. 直流无刷电机的控制

直流无刷电机的控制基本上类似于直流有刷电机的控制（PWM 调制），但由于无刷直流电机用电子换向器取代了机械电刷，所以无刷直流电机除了在控制各相电枢电流的同时还用对电子换向器进行控制。在无刷直流电机的运行过程中，霍尔位置传感器不断检测电机当前位置，控制器根据当前位置信息来判断下一个电子换向器的导通时序。如图3所示

H1

H3

ANC

BNC

BNA CNA

H2

CNB

ANB A

Z

X

C

y

W

B

u

V

旋转方向

反向

图1 电子换向器的工作原理

图中H1、H2和H3分别表示霍尔位置传感器的信号，H1的有效期为X 轴到u轴的正半周，H2的有效器为V轴到y轴的正半周，H3的有效期为W 轴到z轴的正半周，有效是霍尔对应的信号为1。电机在各个位置的电子换向器的导通状态供6中，分别为ANC、BNC、BNA、CAN、CNB和ANB，其中以ANC为例表示电机A相到C相的正导通，其他以此类推。电子换向器的控制关键在于在检测到当前位置的同时开通下一个位置导通状态的电子开关，各当前位置与下一位置电子开关的导通相如表1所示。

正向：

当前位置（H3，H2，H1）下一位置导通相

001 ANC

011 BNC

010 BNA

110 CNA

100 CNB

101 ANB

反向：

当前位置（H3，H2，H1）下一位置导通相

001 BNA

011 CNA

010 CNB

110 ANB

100 ANC

101 BNC

四．实验步骤

1.设置EVA的PWM1～PWM6作为无刷直流电机的驱动输出，三相霍尔信号作为输

入信号

2.设置定时器TIME1，PWM调制频率约为20KHz，占空比一般不超过50％，并设

置好T1的周期中断。

3.在T1的周期中断函数中，根据三相霍尔信号，来决定当前的换向（调节ACTRA

寄存器）

4．调节PWM的占空比，可以调节无刷直流电机的转速

5．设置ADC采样时间，一般在T1的周期中断中启动ADC转换，并把各相电流值作均值滤波，作为电流反馈量。

6．采用数字PI算法完成电流闭环控制

7．采用光电编码器作为速度反馈信号输入DSP的QEP3和QEP4，并设置T4为QEP 工作方式

8．采用数字PI算法完成单度闭环控制。

9．采用级连方式作双环控制，其中环的输出作为电流环的指令输入。

五．思考题

1.试述无刷直流电机的工作原理

答：无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。

2.如何调节无刷直流电机的转向和速度

答：可以用三极管或mos管搭成桥式驱动电路。

3.试述闭环控制的优点

答：闭环控制有助于提高系统的精度和稳定性，从而提高生产效率和品质。六．实验感想

通过这次实验，加深了对课本知识的理解。提高了我们的动手能力，在没有做实验以前，我们只是掌握了理论知识，没有动手能力。通过这次实验，收获很多。