低速永磁无刷直流电机控制系统的研究和设计

　摘

  要： 叙述了低速永磁无刷直流电机控制系统的软硬件设计，并在此基础

上给出了控制低速永磁无刷直流电机运行的程序总框图。实验表明，此系统能够
很好地实现无刷直流电机的运行控制。
　　目前，杆驱螺杆泵式抽油机普遍应用于油田生产中。由于螺杆泵式抽油机要
求驱动电机提供的驱动力矩大、转速慢、运行平稳。采用异步电机通过减速机构来
驱动螺杆泵，往往存在效率低下、噪音、振动等问题，而无刷直流电机具有效率
高、转矩大、低速运行平稳等优点，因此适合用做螺杆泵式抽油的驱动电机。近年
来，国外许多公司纷纷推出高性能的数字信号处理器（

DSP），比如 TI 公司的

TMS320C24 以及 Motorola 公司的 DSP56F8xx 系列，用来控制无刷直流电机的
运行非常方便。采用数字信号处理器的电机控制系统，数据处理能力强，运行速
度快，精度高，正处在普遍开发和应用中。
　　

1 硬件设计

　　控制系统采用交流

380 V 整流获得的直流电作为供电电源，使用三相桥式

逆变电路作为功率主电路，控制单元采用

Motorola 公司的 DSP56F803。

　　本控制系统的硬件部分主要由蓄电池及逆变电路、开关管驱动和保护电路、
电源电路、系统控制单元及其外围电路、电流及电压信号检测电路等几部分组成。
图

1 所示是硬件系统的示意图。图中粗箭头表示能量传送方向，细箭头表示控制

或检测信号的传送方向。系统运行后，控制单元根据预先设定的控制指令以及检
测到的有关信号发出开关管驱动信号控制无刷直流电机的运行。

　　图

2

所示为功
率逆变电
路以及无
刷直流电
机的电路
连接图。
电枢绕组
为三相绕组，

Y 接。功率逆变电路采用电压型三相全桥逆变电路。实验所用的无

刷直流电机为额定功率

2.2 kW，额定电压 300 V，电枢绕组 Y 接；开关管选用

富士公司的

IGBT，型号为 1MBH60-100，额定电流 60 A，额定电压 1 000 V；

IGBT 的驱动保护模块采用了 VLA517-01R。

　　图

3 所

示为控制单
元各模块承
担的功能示
意图。