三相直流无刷电动机变频控制的远洋捕捞装置电路设计

图3-2 直流无刷电动机的控制原理简图

主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅等频5－24KHz调制波的对称交变矩形波。永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120°的H3、H2、H1方波，从而产生有效的六状态编码信号：010、011、001、101、100、110，通过逻辑组件处理产生V6－V1导通、V5－V6导通、V4－V5导通、V3－V4导通、V2－V3导通、V1－V2导通，也就是说将直流母线电压依次加在U－>V、W－>V、W－>U、V－>U、V－>W、U－>W上，这样转子每转过一对N-S极，V1、V2、V3、V4、V5、V6各功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电角度，转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度，如此循环，直流无刷电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。

本方案采用120度方波的算法驱动IPM的内置IGBT从而来驱动直流无刷电动机。对IGBT信号的分配必然和电动机的位置有着紧密的联系，从BLDC的霍尔传感器反馈回来的位置信号经过编码后是：010、011、001、101、100和110六种状态，所以可以根据这六种位置状态信息来分配IGBT的驱动信号。在这里我们优先选用了IGBT的上桥臂用分配PWM信号，下桥臂分配高低电平的驱动方式，所以可以通过改变上桥臂PWM的占空比来改变加在直流无刷电动机上的端电压。信号分配和位置关系如图3-3所示。

图3-3 转子位置驱动信号关系

其中：V1、V2、V3、V4、V5和V6表示IGBT组成的三相全控桥电路，上桥的V1、V3和V5三个功率管，下桥的V2、V4和V6三个功率管，分别控制这U、V和W三相直流电的流向，如图1－1所示连接方式。H1、H2和H3是霍尔传感器的三个信号出线。

如果正转的位置信号和驱动信号的关系如图2所示：010（H3 H2 H1）V6－V1、011（H3 H2 H1）V5－V6、001（H3 H2 H1）V4－V5、101（H3 H2 H1）V3－V4、100（H3 H2 H1）V2－V3、110（H3 H2 H1）V1－V2的顺序来换流的话，那幺我们可以同样根据位置信号给出反转时驱动信号的换流关系。即：001（H3 H2 H1）V1－V2、011（H3 H2 H1）V2－V3、010（H3 H2 H1）V3－V4、110（H3 H2 H1）V4－V5、100（H3 H2 H1）V5－V6、101（H3 H2 H1）V6－V1。具体电机的相序一定要搞清楚，如果换流不对或不当的话直流无刷电动机就会左右振动根本旋转不起来，或者电流很大且电流波形是不对的。

通过上述控制信号来控制各个功率管的on/off，使得电流依序流入U、V、W三相线圈，而在直流无刷电动机的内部产生旋转磁场，如图3-4所示，指出了在控制信号的作用下各相的电压、电流方向的关系。

图3-4 电流时序

在控制功率组件的信号中加入PWM，调整PWM的占空比，即输出PWM的Duty，使得调整输入电动机的端电压的大小，进而控制直流无刷电动机的转速，其中控制信号PWM的加入有四种方式：上相PWM、下相PWM、前半PWM和后半PWM。如图3-5所示。