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直流無刷電機(jī)的三種控制方法都有什么優(yōu)缺點(diǎn)?
直流無刷電機(jī)是在有刷直流電動機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展來的,具有無極調(diào)速、調(diào)速范圍、過載容量、線性、壽命、體積、重量、力等優(yōu)點(diǎn),解決了有刷電機(jī)存在的一系列問題,廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。由于無刷電機(jī)沒有電刷進(jìn)行自動換向,因此需要使用電子換向器進(jìn)行換向。直流無刷電機(jī)驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)的就是這個(gè)電子換向器的功能。
目前直流無刷電機(jī)的控制方式有三種:FOC(矢量變頻,也稱為磁場矢量方向控制)、方波控制(也稱為梯形波控制)和正弦波控制。那么,這三種控制方法各有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢?
1、方波控制
方波控制使用霍爾傳感器或無感估計(jì)算法獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置,然后根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置在360的電周期內(nèi)進(jìn)行6次切換(每60進(jìn)行一次)。每個(gè)換位置電機(jī)輸出特定方向的力,因此方波控制的位置精度可以說是電氣60度。由于通過這種方式控制,電機(jī)的相位電流波形接近方波,因此稱為方波控制。
方波控制方法的優(yōu)點(diǎn)是控制算法簡單,硬件成本低,使用性能一般的控制器可以獲得較高的電機(jī)速度。缺點(diǎn)是扭矩波動大,有一定的電流噪聲,效率達(dá)不到大值。方波控制適用于電機(jī)旋轉(zhuǎn)性能要求不高的情況。
2、正弦波控制
正弦波控制方式采用SVPWM波,輸出的是三相正弦波電壓,對應(yīng)的電流也是正弦波電流。這種方式不控制方波改變方向的概念,或者認(rèn)為在電力周期內(nèi)進(jìn)行了無限多的轉(zhuǎn)換。正弦波控制明顯比方波控制轉(zhuǎn)矩波動小,電流波動小,控制“精細(xì)”,但控制器的性能要求略高于方波控制,電機(jī)效率無法達(dá)到大值。
3、FOC控制
正弦波控制控制電壓矢量,間接控制電流大小,但不能控制電流的方向。FOC控制方法可以被認(rèn)為是正弦波控制的升級版,可以控制電流矢量。也就是說,電機(jī)定子磁場的矢量控制是可行的。
因?yàn)榭刂齐姍C(jī)定子磁場的方向,所以電機(jī)定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場始終保持在90度,在一定電流下可以獲得大的扭矩輸出。FOC控制方式的優(yōu)點(diǎn)是:扭矩波動小、效率高、噪音小、動態(tài)響應(yīng)快。缺點(diǎn)是:硬件成本高,對控制器性能要求高,電機(jī)參數(shù)要一致。由于FOC的優(yōu)勢明顯,目前很多應(yīng)用程序正在逐步取代傳統(tǒng)的控制方式,在體育控制行業(yè)受到了廣泛關(guān)注。
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