电机驱动系统结构组成

电机驱动系统一般由电动机、功率变换器、传感器和控制器组成。

电机控制系统应根据其性能要求以及控制算法的复杂程度，选择比较合适的微处理器，较为简单的有单片机，复杂的可以选用DSP控制器，最新出现的电动机驱动专用芯片可以满足一些辅助系统电机控制的需要。对于控制系统较为复杂的电机控制器而言，控制芯片一般选用DSP控制器。

控制电路主要包括控制芯片及其外围电路、AD采样电路、IGBT驱动和保护电路、位置检测电路等几个部分。

功率变换器主电路采用三相全桥逆变电路，其功率开关器件一般选用IGBT。在大电流、高频开关状态下，从电解电容到功率模块的杂散电感对功率电路的能耗、尖峰电压影响较大，因此采用层叠式母板使杂散电感尽可能小，以适应控制系统低电压、大电流的工作特点。

位置传感器安装在驱动电机内部，起着检测转子磁极位置，为逆变器提供正确换向信息的重要作用。位置传感器主要包括电磁式（旋转变压器）、光电式（光电编码器）、磁敏式（霍尔位置传感器）。

1. 旋转变压器

旋转变压器简称旋变，是一种输出电压随转子转角变化的器件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成余弦函数关系，或保持一定比例关系，或在一定转角范围内与转角呈线性关系。

旋转变压器结构及输出波形如图1-6所示。

图1-6 旋转变压器

（a）结构组成；（b）输出波形

2. 光电编码器

光电编码器是一种通过光电转换将输出轴的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的编码器。光电编码器由光栅盘和光电检测装置组成。

根据检测原理，编码器可以分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可以分为增量式、绝对式以及混合式三种。

光电编码器的结构组成及输入、输出波形如图1-7所示。

图1-7 光电编码器的结构组成及输入、输出波形

（a）光电编码器的结构组成；（b）光电编码器的输入、输出波形

3. 霍尔位置传感器

霍尔位置传感器是一种磁传感器，霍尔传感器以霍尔效应为工作基础，一般是由霍尔元件和其附属电路组成的集成传感器，用它可以检测磁场变化。永磁同步电动机的转子为永磁体，通过霍尔传感器可以检测转子磁场强度，确定转子位置。霍尔传感器在交流永磁电动机上的应用如图1-8所示。

图1-8 霍尔传感器在交流永磁电动机上的应用

1—霍尔传感器磁体；2—附轴；3—霍尔传感器；4—定子绕组；5—转子南磁极；6—轴的驱动器；7—转子北磁极

霍尔传感器输出波形为矩形脉冲，是一种数字信号，表现为具有开关特性的磁开关。霍尔传感器的组成及输出波形如图1-9所示。

图1-9 霍尔传感器的组成及输出波形

（a）霍尔传感器的组成；（b）霍尔传感器的输出波形