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在有刷直流电动机基础上发展起来的无刷直流电机,具备无极调速、调速范围广、过载能力强、线性度好、寿命长、体积小、重量轻、出力大等优点,解决了有刷电机存在的一系列问题,广泛应用于工业设备、仪器仪表、家用电器、机器人、医疗设备等各个领域。因为无刷电机没有电刷进行自动换向,所以需要使用电子换向器进行换向,无刷直流电机驱动器实现的便是这个电子换向器的功能。
当下,占据主流地位的无刷直流电机的控制形式存在3种:FOC(此又被称作矢量变频、磁场矢量定向控制),方波控制(其亦被叫做梯形波控制、120°控制、6步换向控制),以及正弦波控制。那么,对于这3种把控形式而言,它们各自都具备怎样的优点与缺点呢?
方波控制
将霍尔传感器或者无感估算算法运用起来,以此得到电机转子的位置,那之后呢,依据转子此位置,于360°电气周期范围里,开展6次换向操作,也就是每60°换向一回。哪承想,每个换向位置处电机都输出特定方向的力,所以这般一讲就能说,方波控制的位置精准度是电气60°。鉴于在这种控制方式之下,电机的相电流波形挨近方波,故而被称作方波控制。
采用方波控制方式,其具备的优点在于,控制算法较为简单,硬件成本相对较低,就算运用性能普通的控制器,也能够获取较高的电机转速;然而其缺点是,转矩波动幅度大,存在一定程度的电流噪声,效率无法达到最大值。方波控制这种方式适合应用于对电机转动性能要求没有那么高的场合。
正弦波控制
正弦波控制方式所采用的是 SVPWM 波,其输出的是 3 相正弦波电压,与之相应的电流同样是正弦波电流。这种控制方式不存在方波控制换向的那种概念,或者可以理解为在一个电气周期当中被认为是进行了无限多次的换向。显然,相比方波控制,正弦波控制呈现出转矩波动较小的情况,电流谐波数量也要少些,控制起来会让人感觉比较“细腻”,然而它对方波控制器的性能要求略微高于方波控制,并且电机效率并不能发挥至最大值。
FOC控制
将电压矢量的控制予以达成,以此得以在间接层面实现电流大小的控制,此乃借助正弦波控制达成的,然而电流的方向却无法实现控制。FOC控制方式能够当作是正弦波控制所升级形成的版本,达成了电流矢量的控制,也就是说达成对于电机定子磁场矢量的控制。
因对电机定子磁场方向加以控制,故而能够让电机定子磁场与转子磁场始终维持在90°,达成一定电流状况下的最大转矩输出。FOC控制方式具备的优点是:转矩波动微小、效率较高、噪声较小、动态响应快速;存在的缺点是:硬件成本相对较高、对控制器性能有着较高的要求,且电机参数需要进行匹配。鉴于FOC的优势显著,当下已在诸多应用方面逐渐取代传统的控制方式,在运动控制行业里备受青睐。
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