永磁同步电机(PMSM)、无刷直流电机的控制以及开关模式电源

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标签:电机(1282)
现在,大部分帮助我们生活得更轻松、更舒适的设备都需要机械运动的控制,诸如
洗衣机、冰箱、风扇、空调、电动工具和搅拌器等等。
所有这些设备都需要消耗能量以产生机械运动,而有效利用能源的途径取决于控制
系统、电气机构的设计及控制算法等。我们面临的一个最大挑战就是能源的有效利
用。对于这个问题,绝大部分的工作都集中在机械运动控制系统上。因此,许多节
能方面的进步是通过改进电机控制技术、结构设计、材料和制造精度来实现的。
早在几年前,人们就已经开发出了更高效的控制技术,但执行这类复杂算法和计算
所需的CPU 成本较高,不能满足成本敏感市场(如家电市场)的需求。这种情况
在最近几年已经发生了变化,成本更低并且具有执行这些复杂的控制算法所需的所
有功能的高性能数字信号控制器已经面世。
实现节能的另一个开发领域是功率转换。功率转换系统用于将电能从一种形式转换
为另一种形式,在此过程中,由于系统的固有能耗、拓扑结构的效率、控制技术以
及所采用的电子元器件,必然会产生一定的能量损失。大部分功率转换控制是由模
电路实现的,但新的节能法规提出的要求越来越高,使得模拟控制的系统越来越
难以满足这些要求。
2
MCU 和DSC 的使用为此开辟了新的前景。现在,借助数字控制技术和由高性能、
低成本的数字信号控制器(DSC)实现的复杂数学运算,功率转换系统的效率达到
98%是完全可行的。
设计中的难点
机械运动控制设计中的难点
在机械运动控制中会使用多种电机,包括无刷直流电机、有刷换向永磁直流电机、
线性电机和步进电机等。
系统工程师不但需要选择正确的电机来完成机械动作,还必须选择适当的控制环路
结构来满足系统的机械和电子时变响应的要求。控制环的调节通常在电子驱动装置
的设计阶段进行。由于不同的电机对电子驱动装置有一系列不同的设计要求,开发
人员可能需要处理大量的设计变量。此外,由于电动机的感性特点,它容易造成电
磁干扰(EMI)、射频干扰(RFI)和具有破坏性的瞬间高能量,因此,电机本身
也使电子驱动装置的设计变得更为复杂。这类电子驱动设备的设计不但要避免电磁
干扰(EMI)和射频干扰(RFI),还必须能够承受瞬间过电压和过电流的情形。
BLDC 电机已广泛应用于许多领域。BLDC 电机不带换向器,因而比直流电机更可
靠。BLDC 电机在许多方面也优于交流感应电机。BLDC 电机通过转子磁体生成旋
转磁通,具有很高的效率,因而它们一般用于高端家用电器(如冰箱、洗衣机和洗
碗机)、高端水泵、风扇和其它需要较高可靠性和效率的设备中。也由于BLDC
电机的结构非常牢固,它们广泛应用于泵、风扇和压缩机等应用中。这些应用的共
同特点是它们不需要位置信息,只需要速度信息,而且只需要控制速度。BLDC 电
机的使用不需要复杂的控制算法。



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