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【峰岹科技FU5821T开发板试用体验】+单相无刷电机控制器原理

2022-2-14 14:08:47

3181 开发板试用无刷电机

随着人们对三相无刷直流电机无位置传感器控制的深入了解，在小功率应用场合，特别是对电机的快速反应能力和调速精度要求不高，但对控制成本比较敏感的产品，如风机、复印机、电脑硬盘驱动等，则单相无刷直流电机的研究被提上日程。由于单相无刷直流电机的制造简单、控制成本低。有位置传感器单相无刷直流电机在国内已被广泛应用，如电扇、水泵等。同三相无刷直流电机控制器相比较，一个单相无刷直流电机控制仅需要 1/3 数目的功率开关管和位置传感器，而且单相电机的控制能够被单个的直流电源驱动。众所周知，系统中电子元器件的使用数目越少，整个系统工作的可靠性将随之大大被提高，特别是一些特殊的应用领域，如放射性物质检测、易燃易爆气体检测、水下机器人等应用场合，系统的可靠性工作显得尤为重要。由此可以看出，单相直流无刷电机控制系统的可靠性高，若采用无位置传感器控制方式，将进一步简化对资源的需求，这样不仅提高了系统的可靠性，而且控制成本将大大被减少。因此在价格考虑多于效率的领域单相无刷直流电机将是多相无刷直流电机的优秀替代品。

单相无刷直流电机系统的基本结构由电机本体、电子开关电路和位置检测电路三部分构成(如图 2.1(a)所示)。电机本体主要为定子和转子，定子绕组为一相，有双极性绕组和双绕线绕组两种结构，与双绕线绕组相比,双极性绕组绕的连接更加简单,而且可靠性较高。从上面两幅图中可得，在每次通电状态下,通过相同大小和方向的相电流时,绕组需要的匝数是双绕线绕组的一半,这样就明显可以减少铜的使用量，进一步降低了制造成本，因此主流是采用双极性绕线方式。

1起动

气隙均匀结构的单相永磁同步电动机在不加外电路和起动绕组时是没有起动能力的,电动机采用不均勾气隙结构能够实现自起动,通入交流电后就能直接运行,在短时间内达到同步转速后开始正常运转。由于不均匀气隙结构产生的力矩有限,所以这种结构电动机的使用范围具有局限性,一般用于小功率电器中而且是起动力矩要求不高的场合。

2转向

因为永磁体磁性方向的存在,使得单相永磁电动机的旋转方向不能确定,这个问题已成为单相永磁同步电动机所特有的问题。由于绕组接单相交流电源后,其产生的脉动磁场在气隙内可等效的认为存在着正、反两个方向的旋转磁场,因此单相永磁同步电动机可顺时针方向旋转,也能朝逆时针方向旋转。单相永磁同步电动机的旋转方向与交流电源合间相角、电动机静态转子平衡位置、负载转矩和输入电流等均有一定关系,其中的任意一个参数改变时都会引起电动机旋转方向或转速的变化,

3无感切换

不论是单相还是多相，无位置传感器控制方式的无刷直流电机的起动问题一直是人们研究的热点。三相无刷直流电机的无位置起动最常用的是“三段式”起动的方法，设置合理的定位时间、加速频率及切换条件，这种方法可以实现无刷直流电机平稳的起动。在单相无刷直流电机的起动问题上，由于单相电机的本体结构不同于三相电机，所以在转子定位上有很大的不同，加速和切换这两个阶段与三相电机的过程基本类似，但需要慎重选择加速频率。单相电机的整个起动过程：首先需要对电机的转子进行定位；然后决定电机的转向；最后通过加速使电机转速达到一定值之后，就可以检测到正确的反电动势的过零点，即从外同步运行方式切换至检测反电动势过零点信号的方式来运行电机，也就是自同步运行方式。

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