無刷直流電機控制系統(tǒng)

無刷直流電機(BLDC)又被稱為電子換向電機，相比傳統(tǒng)有刷電機，其內部轉子由電線繞組改為永磁體，碳刷由電子換向器取代，外部直流電通過電子換向器產生交流電，進而驅動電機。伴隨著機械與電子的科技發(fā)展，無刷直流電動機在社會生產生活中占據(jù)著越來越重要的地位，本著可塑性寬，工作穩(wěn)定的特點，無刷直流電動機的使用也日益壯大。本設計是基于有位傳感器的無刷直流電機控制系統(tǒng)，通過無刷直流電機的工作原理，采用三相全橋驅動電路，設計成閉環(huán)控制系統(tǒng)，其能實現(xiàn)電機轉速可調和轉速可顯示。整個設計通過仿真軟件實現(xiàn)，分析了無刷直流電機的轉速，定子電流，線電壓等。

無刷直流電機結構簡單、出力大和效率高，在機器人、家用電器等場景中使用非常廣泛。例如，現(xiàn)在很多人形機器人、四足機器人、機械臂、無人機及云臺都會用到無刷電機。

常見到無刷直流電機（BLCD）和永磁同步電機 （PMSM），它們的結構大體相同，存在細微的結構差異，所以直流無刷電機常采用梯形波或方波驅動，永磁同步電機更多使用正弦波驅動。

近年來,無刷直流電動機愈來愈多地在很多領域得到應用,它除了保持有刷直流電動機優(yōu)越的起動性能和調速性能以外,其最大的特點,就是沒有換向器和電刷組成的機械接觸結構,因而具有壽命長、噪聲低、運行可靠、維護簡便等一系列優(yōu)點,且由于其轉速不受機械換向的限制,可在寬廣的范圍內平滑地調速。在電動自行車上應用無刷直流電動機來取代原來的有刷直流電動機,由于采用了電子無接觸式換向,不僅延長了電機的使用壽命,而且調速方便,易于控制,運行平穩(wěn)。

本文以直流無刷電機為研究對象,以無刷直流電機控制系統(tǒng)為控制目標,以PWM為控制設計技術,采用PIC系列單片機為主控芯片,文章主要研究其電壓換向、過流保護、欠壓保護、起動和調速和純堵轉保護等功能。文章研究包含硬件和軟件兩個方面,硬件方面實現(xiàn)的功能有:電源設計、轉把輸入設計、驅動電路設計、過流保護電路設計、欠壓保護電路設計和換相電路設計等部分。

無刷操作的優(yōu)點

傳統(tǒng)電機的電刷向轉子繞組傳輸功率，當通電時，轉入固定磁場。靜止的刷子與旋轉轉子上的旋轉金厘觸點之間的摩察會號致磨損。另外，由于電刷與金屬接觸不良和電列放電，可能會損失電力。

由于BLDC電機無需使用電劇，而是使用“電子換向器”通過消除這種磨損和功率損耗，電機的可靠性和效率得到了提高。此外，無劇直流電機與有刷直流電機和感應電機相比具有更多的優(yōu)點，包括更好的速度與扭短特性:更快的動態(tài)響應:無聲操作，和更高的速度范圍。

此外，相對于電機尺寸而言，所提供的扭矩比率更高，使其成為潛如洗衣機和電動汽車等應用的理想選擇，因為這些應用票要高功率，但緊湊和輕便是關鍵因素。(但是，應該注意的是，電刷式直流電機確實具有較高的啟動轉矩。)

由于定子和轉子產生的磁場以相同的頻率旋轉，所以BLDC電機被稱為“同步“類型，這種安排的一個好處是BLDC電機不會遇到感應電機典型的“滑動”現(xiàn)象

雖然電機可以采用單相，雙相或三相型，但后者是最常見的類型，并且將在此討論。

BLDC電機的定子包括鋼疊片，軸向開槽以容納沿著內周綠的偶數(shù)個繞組。雖然BLDC電機定子類似于感應電機，但繞組分布不同。

轉子由永磁體和2至8個NS極對構成，更多的磁體增加招矩并平滑掉所謂的扭矩波動，從而減少電機的功率輸出。缺點是更復雜的控制系統(tǒng)，成本增加和最大速度降低。

傳統(tǒng)上，鐵氧體磁體被用來制造永碰體，但當代單位傾向于使用稀土磁體。雖然這些磁體更昂貴，但它們會產生更大的磁通密度，，從而允許轉子在給定的轉矩下變小，這些強大的磁鐵的使用是BLDC電機比相同尺寸的電劇式直流電機提供更高功率的關精原因。

編輯：黃飛

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