Нека първо да поговорим за основния принцип на двигателя. Основите могат да бъдат пропуснати директно.
Всеки си е играл с магнити като малък. Различните полюси се привличат и двата магнита се сблъскаха веднага щом се приближиха.
Сега да предположим, че ръцете ви са достатъчно бързи, за да примамват пред вас с единия магнит, а другият магнит ви следва през цялото време.
Държиш магнита в ръката си и рисуваш кръгове, а другият магнит те следва в кръгове.
Горното е основният принцип на въртене на двигателя. Просто „магнитът“, използван за съблазняване, не е истински магнит, а магнитно поле, генерирано от бобината, заредена с енергия.
1. Въвеждане на безчетков DC двигател
Безчетков постояннотоков двигател, английското съкращение е BLDC (безчетков двигател с постоянен ток). Статорът (движещата се част) на двигателя е бобината или намотката. Роторът (частта, която се върти) е постоянен магнит, който е магнит. Според позицията на ротора, микрокомпютърът с един чип се използва за контролиране на захранването на всяка намотка, така че магнитното поле, генерирано от намотката, да се променя, така че непрекъснато да съблазнява ротора отпред, за да накара ротора да се върти. Това е принципът на въртене на безчетковия DC двигател. Нека се потопим.
2. Основният принцип на работа на безчетковия DC двигател
2.1. Структура на безчетков DC двигател
Нека първо започнем с най-основните бобини.
Както е показано по-долу. Намотката може да се разбира като нещо, което расте като пружина. Според правилото за дясната спирала, научено в прогимназията, когато токът тече от горната към долната част на намотката, горната полярност на намотката е N, а долната полярност е S.
Сега направете друга намотка като тази. След това се заиграйте с позицията. По този начин, ако токът преминава през него, той ще действа като че ли има два електромагнита.
Вземете друг, за да оформите трифазната намотка на двигателя.
В комбинация с ротора, изработен от постоянни магнити, той е безчетков DC двигател.
2.2. Токова комутационна верига на безчетков постояннотоков двигател
Причината, поради която безчетковият DC мотор използва само постоянен ток и без четки, е, че има външна верига, която специално контролира захранването на неговите намотки. Основният компонент на тази токова комутационна верига е FET (транзитор с полеви ефекти). FET може да се разглежда като превключвател. Диаграмата по-долу обозначава FET като AT (А-фаза отгоре), AB (А-фаза отдолу), BT, BB, CT, CB. "Отварянето и затварянето" на FET се контролира от микроконтролера.
2.3. Текущ процес на комутация на безчетков DC двигател
Времето на "отваряне и затваряне" на FET се контролира от микроконтролера. Най-често използваният метод за комутация на ток е Six-step Commutation, което се превежда като "комутация в шест стъпки". Сега създайте координатна система. Процесът на комутация в шест стъпки е както следва.
2.4. Как се върти роторът на безчетковия DC двигател?
Той разчита на комутация в шест стъпки, за да генерира въртящо се магнитно поле, което непрекъснато съблазнява пред ротора. Точно като ръката в началото на статията, която държи магнита и рисува кръгове. Ако погледнете резултантната посока на магнитното поле и къде е разположен роторът, става ясно с един поглед.
Виждате ли, S полюсът на резултантното магнитно поле е чакал пред N полюса на ротора.
Докато времето за захранване на намотката е схванато, посоката на синтетичното магнитно поле винаги е пред позицията на ротора и роторът винаги ще следва.
3. Как да определим времето на комутация?
Както бе споменато по-горе, ключът към контролирането на въртенето на ротора е да се комутира токът, преминаващ през намотката, когато роторът се завърти под подходящ ъгъл, така че посоката на генерираното магнитно поле да се промени, привличайки ротора и карайки ротора да се върти .
Как трябва да се разбере времето на тази текуща комутация? Тоест как да разбера къде се върти ротора сега? Едва когато знам къде е роторът, мога да знам към кой двуфазен ток да го свържа.
Всъщност има много начини да се прецени позицията на ротора, със сензор или без сензор. Нека първо да поговорим за сензора, а сензорът обикновено използва сензор на Хол.
3.1. Потвърдете позицията на ротора със сензора
3.1.1. Сензори на Хол
Сензорите на Хол могат да открият промени в силата на магнитното поле чрез ефекта на Хол. Според правилото на лявата ръка, научено във физиката в гимназията (използвано за определяне на посоката на силата на зареден проводник в магнитно поле), в контура, където е разположен сензорът на Хол, магнитното поле отклонява движението на заредените частици, и заредените частици "удрят" Хол. Има потенциална разлика между двете страни на сензора. По това време волтметър може да бъде свързан към двете страни на сензора на Хол, за да открие тази промяна на напрежението, като по този начин открие промяната в силата на магнитното поле. Принципът е показан на фигурата по-долу.
3.1.2. Как сензорите на Хол получават позицията на ротора?
Със сензора на Хол положението на ротора може да бъде приблизително известно. Сензорите на Хол обикновено се инсталират на всеки 120 градуса или на всеки 60 градуса. Следното предполага, че инсталацията е на всеки 120 градуса.
Предполага се, че когато N полюсът на ротора пресича зоната на отчитане на сензора на Хол, изходното напрежение на сензора на Хол е високо (обикновено 5 V). Иначе е ниска.
Според нивата на HA, HB и HC може да се знае ъгълът на позицията на ротора. Например, ако HA е високо, HB е ниско и HC е ниско, можем да знаем, че роторът е в електрически ъгъл между 180 градуса и 240 градуса (връзката между електрическия ъгъл и действителния механичен ъгъл ще бъде обсъдена по-късно ). При използване на 3 сензора на Хол разделителната способност е 60 градуса електрически ъгъл. Тоест, мога да знам само, че текущата позиция на ротора е в обхвата на електрически ъгъл от 60 градуса, но не знаем точно колко градуса.
3.1.3. Връзка между електрически и механични ъгли
Въпреки че е малко странно да вмъкна толкова малко знания тук, все пак го чувствам необходимо, защото чувствах, че не е лесно за разбиране, когато учех. Може да е по-лесно за разбиране с примера на сензора на Хол тук.
Механичният ъгъл е ъгълът, под който роторът на двигателя действително се завърта.
Връзката между електрическия ъгъл и механичния ъгъл е свързана с броя на двойките полюси на ротора.
Тъй като магнитното поле, генерирано от намотката, всъщност привлича магнитните полюси на ротора. Така че за управлението на въртенето на мотора ни интересува само електрическият ъгъл.
Електричен ъгъл=брой двойки полюси x механичен ъгъл
3.2. Метод за оценка на позицията на ротора без сензор
Тази яма е малко голяма и този отговор ще бъде пропуснат първи.
4. Скорост и посока на въртене на безчетковия постояннотоков двигател
4.4. Как да контролирате посоката на въртене на безчетковия DC двигател?
Редът на текущата комутация може да бъде променен. Нека магнитното поле, синтезирано от намотката, се върти в обратна посока.
4.5. Как да контролирате скоростта на безчетков DC мотор?
Колкото по-голямо е напрежението в намотката, толкова по-голям е токът през намотката, толкова по-силно е генерираното магнитно поле и толкова по-бързо се върти роторът.
Тъй като свързаното захранване е постоянен ток, ние обикновено използваме PWM (широчинно-импулсна модулация), за да контролираме напрежението в бобината. Простият принцип на ШИМ е следният.
Следователно, когато безчетковият DC мотор е захранен, ШИМ, генерирана от едночиповия микрокомпютър, се използва за непрекъснат контрол на отварянето и затварянето на FET, така че намотката да може многократно да се захранва и изключва. Ако времето за захранване е дълго (задължението е голямо), еквивалентното напрежение в двата края на бобината ще бъде голямо, силата на генерираното магнитно поле ще бъде по-силна и роторът ще се върти бързо; ако времето за захранване е кратко (задължението е малко), еквивалентното напрежение в двата края на намотката ще бъде малко и силата на генерираното магнитно поле ще бъде малка. Колкото по-слаб е той, толкова по-бавно се върти роторът.
Формата на вълната на PWM е свързана към портата на FET, за да контролира отварянето и затварянето на FET. Да приемем, че когато напрежението на портата е високо, FET е затворен и включен; когато напрежението на портата е ниско, FET се изключва и не се захранва.
В допълнение, горните и долните FET на една и съща фаза трябва да се управляват от противофазови PWM вълни, за да се предотврати едновременното включване на горните и долните FET, което кара токът да не преминава през двигателя, а да бъде същото нагоре и надолу, което води до късо съединение. Формата на вълната на ШИМ, която управлява FET, е както следва.
