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电机控制

意法半导体拥有强大的、面向电机控制应用的产品组合。 运转顺畅和高效率推动了电机控制的发展。  面向PMSM、PMAC和感应电机(其采用高性能微控制器、功率晶体管与高压栅极驱动器IC)的磁场定向控制(FOC)软件的发展满足了对更高效率的需求。 对于功率较低的应用而言,面向步进电机的新型高集成度控制器/驱动器IC可以为步进电机实现更顺畅的运转和更高的定位精度。

有刷DC电机
这些易于驱动的电机通常用于实现速度和定位控制,功率介于几瓦和几马力之间。 只需要一个旋转方向时,可以用单晶体管PWM实现速度控制。 对于定位应用或者需要2个旋转方向时,可以使用具有PWM控制功能的全H桥。 在功率水平较低的情况下,可以利用带有驱动器和功率晶体管的、全面集成的功率IC来驱动DC电机。 对于功率较高的应用,可以通过分立式MOS或IGBT与高压栅极驱动器联用来实现H桥。 可以利用低成本微控制器来实现速度控制算法和控制电桥。 需要转速计或编码器之类的传感器方能准确控制位置或速度。 可以利用无反馈开环实现简单的速度调节。

单相AC感应电机
单相感应电机一直是最常用于大型电器的电机。 转子通常是1个铝制鼠笼,而定子则由2个线圈和1个移相电容器组成。 通常,当电机达到一定速度时,起动线圈和移相电容器会被离心开关切断。 控制常常是利用三端双向可控硅开关或ACS器件实现简单的开/关控制。

三相AC感应电机
三相感应电机属于无刷电机。 定子是铜线绕组,转子通常是一个铝制鼠笼。 典型的驱动器配置是1个三相桥(3个半桥),可以为定子提供3个正弦波电压。 该驱动器通常用于功率较高的应用,一般由1个带有高压栅极驱动器的分立式IGBT,或者整合了3个半桥和相关栅极驱动级的功率模块组成。 在控制逆变器的微控制器内实现了磁场定向控制或标量(伏特/赫兹)控制算法。

无刷DC(三相BLDC)电机
无刷DC电机的转子上附有永磁体,而定子上则有外部换向线圈。 电子换向取代了DC电机内电刷的功能,通常根据感应到的转子位置来驱动定子线圈。 无刷DC电机的主要优势在于它固有的高效率和高可靠性。 由于设计者迫切需要提高系统效率,所以这些电机变得越来越常见了。 典型配置为1个由3个半桥驱动的三相电机。 在低功耗应用中,驱动器可被集成到智能功率IC内。对于功率更高的应用而言,分立式IGBT和高压栅极驱动器IC可用于半桥。 对于很多应用而言,无传感器驱动器消除了对过去使用的霍尔效应传感器的需求。 通常利用低端微控制器实现六步换向和速度控制。

步进电机
步进电机通常用于低功耗应用(例如打印机和自动化),能够以较低的成本实现出色的定位和速度控制。 电机的转子上附有永磁体,而定子上则绕有线圈。 这些电机通常有很多极对,能够提供每步7.5~1.8度的原始分辨率。 可以通过让定子电流的极性前进4步来实现简单的控制。 常见配置为单极性和两相双极性绕线电机。 不那么常见的配置包括三相和五相电机。 常见控制采用集成式驱动器IC来实现,它在单个智能功率IC上整合了控制和功率级。

无刷AC(三相PMSM)电机
无刷AC电机,亦即永磁同步电机(PMSM)或永磁AC电机(PMAC),其转子上附有永磁体,而定子上则有外部换向线圈。 它们不同于无刷DC电机,主要是因为定子线圈由正弦波驱动。 无刷AC电机的主要优势在于它固有的高效率、运转顺畅和高可靠性。 典型配置为1个由3个半桥驱动的三相电机。 在低功耗应用中,驱动器可被集成到智能功率IC内。对于功率更高的应用而言,分立式MOS或IGBT和高压栅极驱动器IC可用于半桥。 对于很多应用而言,无传感器磁场定向控制(FOC)驱动器消除了对过去使用的编码器的需求。 可以利用低成本32位微控制器轻松实现正弦波驱动和FOC算法。

开关磁阻电机
开关磁阻电机属于无刷电机,没有永磁体,其转子由层叠铁片组成,定子由绕线式励磁线圈组成。 SR电机适于高速应用,例如真空吸尘器和高速鼓风机。 电机通常由1个三相不对称半桥驱动,各个半桥驱动三个相位中的一个。 高压栅极驱动器和MOS或IGBT晶体管通常用于不对称电桥。 微控制器为电桥实现了换向和速度控制。

通用电机
通用电动机可与AC或DC电源一起使用。 通用电机的优点在于起动转矩特别高、设计非常紧凑和运行速度高。 可以利用低端微控制器和单个三段双向可控硅开关或ACS实现简单的控制。能够利用可以调整AC电源,然后利用功率MOS为电机提供PWM驱动的DC斩波驱动器来提升性能。 虽然大多数电机属于单向电机,但是可以利用定子上的2个线圈和只给其中的1个线圈通电来获得正确的方向,进而实现双向电机。

 

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