串级电机和内反馈电机，有什么区别

一、关于原理
　　
　　1、串级调速是转子回路引入附加电势的调速，不论这电势是从逆变变压器还是反馈绕组获得，也不论打着什么旗号，均属串级调速范畴。
　　
　　2、所谓内馈，是把逆变变压器移到了电机内部，使系统得以简化。所谓斩波，是一种应用广泛的调控方法，后来被应用到了串级调速领域，不论斩波控制还是移相控制，只是对附加电势的调整方法不同，与调速本质无关。
　　
　　二、几个比较
　　
　　1、与变频相比
　　
　　优点：
　　（1）理论上讲，串级调速控制装置所控制的功率最大为电机额定功率的4/27（14.815%），这一点，许多教科书中有介绍。而变频器至少要100%的电机额定容量。控制容量的降低，带来了一系列优势，比如：制造成本，技术困难，体积，可靠性，关键技术指标的控制等等。特别是对于大型高压电机，这些优势更为突出。
　　（2）在转子侧施加控制，装置承压低，这一点，对于电力电子器件来说，是个福音。
　　（3）由于电力电子器件在转子和反馈绕组侧工作，由于电动机分布系数及短距系数的影响，使得谐波等指标更容易控制。
　　
　　缺点：
　　（1）须使用绕线式电机。
　　（2）应用于小型电机时不划算。
　　（3）相对于变频而言，串级调速的生产厂家的技术水平较低。近几年出现的几个新兴企业，倒让我们看到了技术上的一些可喜的进步。
　　
　　其它：
　　（1）功能上的东西，比如闭环控制，比如与DCS兼容等，只属于功能范畴，做了就有，不做就没有，与采用串级还是变频无关。
　　（2）技术指标，比如调速范围、调速精度、响应速度、无功和谐波等，只与制造厂家的技术手段与技术水平有关，也与采用串级还是变频无关。
　　（3）尽管高压大容量变频调速在实际应用中的状况还不尽如人意，但毕竟有许多优秀的技术人员在此行工作，许多关键的技术问题（比如可靠性，比如无功和谐波问题）已经有了可喜的进展。串级调速在这些关键技术问题上，在理论上有先天优势。但研究和发展得不够，如果这个行业的技术人员们不努力的作些踏踏实实的工作，这些优势将被淹没。
　　
　　2、串级调速的纵向比较
　　（1）从串级调速的系统构成来说，经历了逆变变压器到内反馈电机的发展，这个发展得益于国内几家大型电机制造厂的技术力量。
　　（2）从控制方式上来说，经历了移相触发控制、晶闸管带辅助关断电路的斩波控制，应用全控型器件（比如GTO、IGBT、IGCT等）的斩波控制等阶段。
　　（3）从弱电控制手段上来说，经历了分立元件模拟电路控制，集成电路模拟控制，基于单片机和快速逻辑器件的数字控制，基于嵌入式系统的计算机控制等阶段。
　　
　　3、串级调速的横向比较
　　国内生产串级装置的厂家大约有十几家近二十家（从事这方面研究的科研机构应该更多）。这些企业普遍来讲在调速行业中规模和影响力不大，最早的有十几年的时间，最近几年又出现了许多年轻的企业。比较这些企业，老企业相对来讲在知名度和经验上略占优势，但普遍存在技术陈旧，技术人员状况较差企业管理水平低的问题，有的还在使用晶闸管带辅助关断电路的斩波控制，以及集成电路模拟控制等手段，使得控制精度、调速范围、可靠性、性能指标等受到制约，同时，由于这些企业的技术状况问题，使得业内对串级调速的本质和特点存在许多误解。有些近几年新兴的企业技术起点高，人员素质较好，产品技术指标也比较好，但要想成为优秀的企业，还有许多的路要走。

     Micro Linear公司生产的ML4428无刷直流电机无传感器PWM智能控制器的内部结构，它是无位置传感器无刷直流电动机控制的简易方法，该控制器内部的反电势电路、起动及换向逻辑电路、限流比较器和保护电路简化了无位置传感器无刷直流电动机的控制，做到单独控制的正反向运行，起动时无反转，采用PWM控制或最小噪声的线性控制，可获得最高效率。

关键词：无刷直流电动机；位置传感器；反电势检测电路
1 引言

无刷直流电机具有体积小、重量轻、维护方便、高效节能、易于控制等一系列优点，被广泛应用于各个领域。传统的无刷直流电机大多以霍尔元件或其它位置检测元件作位置传感器，但位置传感器维修困难，且霍尔元件的温度特性不好，导致系统可靠性变差。因此，无位置传感器无刷直流电机成为理想选择，并具有广阔的发展前景，但它的控制电路相当复杂。ML4428控制芯片的出现，简化了控制电路的设计，该芯片内部含有反电势检测电路、起动换向逻辑电路和保护电路，使控制器芯片只需外接少量的阻容元件就可以实现对直流无刷电动机的控制。

2 ML4428原理图及功能实现

ML4428电机控制器不用霍尔传感器就可为Y形无刷直流电机(BLDC)提供起动和调速所需的各种功能。它采用28脚双列表面SOIC封装，它的内部框图如图1所示〔1〕，ML4428使用锁相环技术，从电机线圈检测反电势，确定换向次序；采用专门的反电势检测技术，可实现三相无刷直流换向且不受PWM噪声及电机缓冲电路的影响；采用了检查转子位置并准确对电机加速的起动技术，确保起动时电机不会反转并可缩短起动时间。

2.1 反电势检测信号的获得

无位置传感器无刷直流电动机的控制与有位置传感器无刷直流电机控制的最根本区别就是利用反电势的波形寻找最佳换向点。当永磁无刷直流电动机运转时，各相绕组的反电动势(EMF)与转子位置密切相关。由于各相绕组是交替导通工作的，在某相不导通的时刻，其反电动势波形的某些特殊点，可代替转子位置传感器的功能，得到所需要的信息。

由于对于单相反电动势波形图，反电动势过零点延时30°处对应绕组的换向信号，找出反电动势过零点，即反电动势检测的任务〔2〕。基于这一原理，在该芯片内设计了一个独特的反电势检测电路(见图2)，由于有了中点模拟电路，不需从电机三相绕组中引出中线〔1〕。其中多路转换器开关依次接入产生反电动势的绕组，比较中点模拟器与多路转换器的输出，可以得出两路输出波形相似，幅度不同，唯一的交叉点即反电动势过零点。这两路输出通过右边的比较器输出为转子当前的相位信号，决定换向频率(VCO)的增减，换向频率与采样反电势相位比较，落后的换向使误差放大器向环路滤波器充电，从而增大VCO输入。相反，提早换向将会引起环路滤波器上电容放电，使VCO输入减少。利用此锁相环(PLL)技术，获得适当的换向时刻。此外，从RCVCO脚取出的信号是代表电动机速度的电压信号，可用于闭环速度控制。速度的频率信号可由监视VCO的输出来得到，它是锁相环锁定到电机准确的换向频率的信号。

2.2 起动换向技术

换向是由反电势信号采样检出经锁相环控制而完成的，在电机静止及低速运行时，其反电势为零或极低，无法检测，因此必须由其它方法“开环”起动，到产生足够大的反电势方能进入正常换向。

ML4428控制芯片提供了完满的起动换向技术：ML4428内部有一个RUN比较器(见图1)，RCVCO脚电压信号代表了电动机的速度信号，起动时RCVCO脚电压低于0.6V，RUN比较器输出“开启”起动逻辑电路，“关闭”换向逻辑电路，ML4428将发出6个取样来测定转子位置，并驱动相应的线圈以产生所需转动，这将导致电机加速直到RCVCO脚电压达到0.6V，速度足够高产生被检测的反电势，此时RUN比较器输出关闭起动逻辑电路，允许锁相环电路工作开始，进入正常的换向逻辑工作状态，经检测此时电机速度是电机最大转速的8%。

2.3 闭环调速系统

ML4428内部的调速系统是典型的直流电机PWM双闭环调速系统，如图4所示，在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，即以转速调节器的输出作为电流调节器，再用电流调节器的输出控制开关器件。这样组成的双闭环系统，在突加给定的过渡过程中表现为一个恒值电流调节系统，在稳态和接近稳态运行中又表现为无静差调速系统，即发挥了转速和电流两个调节器各自的作用，又避免了像单环系统那样两种反馈互相牵制的缺陷，从而获得良好的静、动态品质。

2.4 内部保护电路

ML4428内部具有电流检测和限流功能。外部功率元件MOSFET的源极电流流过RSENSE得到与电动机绕组电流成正比例的电压，经环路滤波器(该滤波器能滤除触发单稳电路的噪声尖峰电流，一般选样在时间常数300ns以内)到电流比较器的正端(ISNS引脚)，比较器的负端有钳位电压为0.5V的二极管，因此可以限制电机定子电路的最大峰值电流为10A时，则RSENSE=0.5/10=0.05Ω。当电流检测电路的电压高于比较器负端电压时，单稳态电路被触发，关断输出MOSFET，电流下降，直至单稳电流被复位。
ML4428正常电源供给为+12V，在电源低于8.75V时，6个输出驱动器将全部关断。
3 结语
采用ML4428控制器芯片，简化了无刷直流电动机的控制，它不仅具有良好的限流和保护功能，而且用ML4428构成的双闭环调速系统的性能也将得到改善，采用该控制器芯片，解决了利用反电势检测实现换向及低速时“开环”起动这一难题，实验证明，该控制系统结构简单，功能齐全，提高了系统的可靠性。该方法对直流无刷电动机的广泛应用具有重要的实际意义。