電機控制板的基本原理

    電動機在汽車、冰箱、天井工具等極為廣泛的產品中扮演著十分重要的角色。據 IMSResearch稱，每年在市場上新增110億臺發動機，它們將會消耗45%的電力。這個市場正由傳統的有刷直流電動機轉變為無刷電機，深刻地改變著市場。這是由于多種原因，其中包括許多行業對節能的強烈要求。另外，一些非插電式應用，如便攜工具，逐漸興起，它們需要更小、重量更輕、耗電更少的馬達，使得電池可以持續使用更長時間。

    無刷電機的優點有更高的效率、更輕的重量和更精確的控制。但不像傳統有刷電機，它們需要電控。在此背景下，電機控制市場也隨著有刷電機向無刷電機的發展。這一章，我們將介紹各種類型的電動機，并詳細說明新技術是如何使直流電動機應用于多種不同類型的產品。同時，對直流無刷電動機進行了介紹。

其中，刷直流電動機、步進電動機、異步電動機、無刷直流電動機(BLDC)、永磁同步電動機(PMSM)是目前的一種。表1-1是電機類型的總表。

與此緊密相連的兩種無刷電機—無刷直流(BLDC)電機和永磁同步電動機(PMSM)在許多領域得到了越來越廣泛的應用。這類電動機不需要刷、換向器，所以比刷電機效率高，能有效延長電機的使用壽命。

用電刷/換向器接口產生有電刷/換向器接口，這種方法可以在有刷電動機中的轉向器(在每個相中切換電流以形成旋轉磁場)。界面會產生不利于摩擦和電弧。

無刷DC (BLDC)電機和 PMSM (PMSM)都是利用電子產生旋轉磁場，所以不需要用電刷或換向器。該方法利用一個外部電路調節向各個相傳輸的電壓和電流。

盡管這兩種電路要稍復雜一點，但是無刷直流電動機和 PMSM (PMSM)電機在某些方面都有較大的優勢。其電子換向方案使得能效比同速的有刷電機提高20%至30%，而且更耐用，更小，重量更輕，噪音更小。

組合點在定子上(馬達的靜部)。把繞組置于電動機的固定位置，把永磁鐵放置在轉子上，這樣就不需要電刷。無刷直流電動機(BLDC)(PMSM)電動機(PMSM)中，通過電子控制器從外部控制流至定子線圈。

由于這兩種電動機(BLDC)(PMSM)與 PMSM (BLDC)在許多應用場合具有明顯的優勢，因此正逐漸取代有刷直流電機和異步電動機。實際上，無刷直流電機(BLDC)或永磁同步電機(PMSM)已在汽車、電動工具、家用電器等領域得到廣泛應用。

相對于傳統有刷電機，無刷直流(BLDC)電機和永磁同步電動機(PMSM)具有許多優點。這款冰箱省電、小巧、輕便、低噪音、更可靠、耐用。另外，其速度控制精度高，適用于變速場合。此外，他們也有極好的速度轉矩特性。

在對速度進行精確控制時，一般采用無刷直流電機(BLDC)電動機或永磁同步電動機。在第二章中我們會詳細討論它是如何工作的，但是基本的概念在圖1-2中給出。通過分析傳感器輸出端的極性和變化率，實現了對轉子位置的檢測，從而實現了轉速測量。如圖1-2所示，三相無刷直流(BLDC)電動機或 PMSM (PMSM)需要三個霍爾傳感器。

由于電動機或永磁同步電動機是采用電子換向電路，因此，它們需要通過監測電路保證線圈激勵精確度確定后，才能精確地調整速度，適當地控制轉矩，提高效率。這一驅動電路在許多要求可調速、精確控制位置的電動機應用中不可或缺。

令人高興的是，所有必要的模擬能力都被整合到一個電動機控制單元中，并由此驅動功率金屬氧化物半導體場效應晶體管，有時甚至集成于一個單元內。這一獨立的控制單元可以簡化設計過程和降低部件的成本。

電機控制器可完成多項非常重要的工作。其最基本的功能是通過控制各相的電壓來調節電動機的速度和方向。但電機控制器還 ：

要實現這些功能，電機控制器必須比以前更加智能化。舉例來說，他們可以通過監控負載和調整力矩與之匹配，從而提高效率。在降低電機熱量、噪聲、振動的同時，提高效率。

無刷直流(BLDC)電機或 PMSM (PMSM)是一種傳統的三相逆變器，在傳統的三相逆變器中，需要多個集成芯片來提供各種電機控制功能。該技術包括單片機、用來驅動功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的預驅能、用來放大被測得電機電流的差分放大器、比較器、用來降低電壓的開關和線性穩壓器。

由于半導體技術的進步，如今很多功能都被并入一個小型控制裝置中。