一种通用型三相无感无刷直流电机控制器设计

作者 徐敬成¹凌云¹侯文浩¹李明²1.湖南工业大学电气与信息工程学院(湖南株洲412007)2.湖南工业大学理学院(湖南株洲412007)

      摘要：当电机控制应用场合需要多种无感无刷电机时，由于不同电机换相频率和转动力矩等参数不同，需要设计相应的控制器，成本较高。针对该问题设计了一套通用型三相无感无刷电机控制器，通过设置驱动芯片FT300的电机驱动模式即可合理配置控制器参数，从而起到节能降耗的作用。实验结果表明采用该控制器驱动电机，在设置最佳驱动模式的情况下能有效降低能耗。

      关键词：无感无刷电机;换相频率;转动力矩;控制器;FT300

*基金项目：湖南省教育厅基金(16C0473)、湖南省自然科学基金(2015JJ5025)、电传动控制与智能装备湖南省重点实验室(2016TP1018)资助项目。徐敬成，1991年出生，工学硕士，主要研究方向为现代电力电子技术及系统、单片机及嵌入式系统应用等;凌云，1965年出生，湖南工业大学教授，主要从事复杂工业过程建模与优化控制，单片机及嵌入式系统应用等方面的研究。

　　0 引言

　　无刷直流电机是一类具备交、直流电机众多优点的机电一体化产品^[1]。1962年首次研制成功的有感无刷电机采用霍尔效应转子位置传感器来实现换相。随后通过电机线圈反电势和其它电气参数计算转子位置技术的发现使得无感无刷电机得到不断推广。无感无刷电机结构较为简单，随着技术的进步其换向准确度和精度不断提高，在对噪音、寿命、效率等性能要求较高的场合有着广泛应用。

　　由于不同类型的无刷直流电机在启动时要求的转矩、时间、转速范围等特性差异较大^[2]，这些参数可以反映在不同电机的转速/转矩(N/T)曲线上。在某些电机控制应用场合如综合作业或者研发测试平台等往往需要不同性能电机的配合，另外在某些应急备用电机驱动器研发中也需要考虑到产品兼容性。针对不同无感无刷电机需要设计相应的调速控制器的方案成本较高。本文设计了一种通用型无感无刷电机驱动器，能有效提高能源利用率，降低能耗。

　　1 硬件电路介绍

　　本文设计的无感无刷直流电机驱动控制器由供电单元、驱动控制单元、辅助控制单元、预驱动及逆变器单元四部分组成，其中供电单元主要为系统各模块提供不同等级的电源电压，驱动单元用于电机驱动控制，辅助控制单元配合驱动单元实现液晶显示、闭环调速^[3]以及模式设置等功能，预驱动及逆变器单元则用于直接驱动电机。

　　1.1 供电单元电路设计

　　供电单元电路如图1所示。工频交流电经过变压、整流、滤波后，由三端稳压芯片分别得到15V、6V和3.3V的正电源电压。此外针对其它额定电压的电机需要额外增加稳压模块以实现电压等级匹配。

　　1.2 驱动控制单元电路设计

　　驱动控制单元电路如图2所示。选用峰岹公司的一款三相无感BLDC驱动芯片FT300。该芯片供电电压范围为6~28V，根据预驱动及逆变器的规格可以驱动额定电压范围在36V~310V的三相无感无刷电机，具有较好的启动适应性和鲁棒性^[3]。