Låt oss först prata om motorns grundläggande princip. Grunderna kan hoppas över direkt.
Alla har lekt med magneter när de var unga. Olika poler attraherar varandra och de två magneterna kolliderade så fort de närmade sig.
Anta nu att dina händer är tillräckligt snabba för att lura framför dig med en magnet, och den andra magneten följer dig hela tiden.
Du håller magneten i handen och ritar cirklar, och den andra magneten följer dig i cirklar.
Ovanstående är den grundläggande principen för motorrotation. Det är bara det att "magneten" som används för att förföra inte är en riktig magnet, utan ett magnetfält som genereras av spolen som aktiveras.
1. Introduktion av borstlös DC-motor
Borstlös DC-motor, engelsk förkortning är BLDC (Brushless Direct Current Motor). Motorns stator (den rörliga delen) är spolen eller lindningen. Rotorn (den del som vrider sig) är en permanentmagnet, vilket är en magnet. Beroende på rotorns position används mikrodatorn med ett chip för att styra spänningen av varje spole, så att magnetfältet som genereras av spolen ändras, för att kontinuerligt förföra rotorn i fronten för att få rotorn att rotera. Detta är rotationsprincipen för den borstlösa DC-motorn. Låt oss dyka in.
2. Den grundläggande arbetsprincipen för borstlös DC-motor
2.1. Struktur för borstlös DC-motor
Låt oss börja med de mest grundläggande spolarna först.
Enligt nedanstående. En spiral kan förstås som något som växer som en fjäder. Enligt den högra spiralregeln som man lärde sig i högstadiet, när strömmen flyter från toppen till botten av spolen, är spolens övre polaritet N, och den nedre polariteten är S.
Gör nu ytterligare en sådan här spole. Pilla sedan med positionen. På detta sätt, om strömmen passerar genom den, kommer det att fungera som om det finns två elektromagneter.
Skaffa en till för att bilda motorns trefaslindning.
Tillsammans med rotorn gjord av permanentmagneter är det en borstlös DC-motor.
2.2. Strömkommuteringskrets för borstlös likströmsmotor
Anledningen till att den borstlösa DC-motorn bara använder likström och inga borstar är för att det finns en extern krets för att specifikt styra spänningen av dess spolar. Huvudkomponenten i denna strömkommuteringskrets är FET (Field-Effect Transitor). En FET kan ses som en switch. Diagrammet nedan märker FET:erna som AT (A-fas Top), AB (A-fas Botten), BT, BB, CT, CB. "Öppning och stängning" av FET styrs av mikrokontrollern.
2.3. Aktuell kommuteringsprocess för borstlös DC-motor
Tidpunkten för "öppning och stängning" av FET styrs av mikrokontrollern. Den vanligaste aktuella kommuteringsmetoden är sexstegskommutering, vilket översätts som "sexstegskommutering". Skapa nu ett koordinatsystem. Den sex-stegs kommuteringsprocessen är som följer.
2.4. Hur roterar rotorn på den borstlösa DC-motorn?
Den förlitar sig på sex-stegs kommutering för att generera ett roterande magnetfält som kontinuerligt förför framför rotorn. Precis som handen i början av artikeln som håller magneten och ritar cirklar. Om du tittar på den resulterande magnetfältets riktning och var rotorn är placerad, är det tydligt med en blick.
Du förstår, S-polen för det resulterande magnetfältet har väntat framför N-polen på rotorn.
Så länge som tidpunkten för att aktivera spolen är förstådd, är riktningen för det syntetiska magnetfältet alltid före rotorns position, och rotorn kommer alltid att följa efter.
3. Hur bestämmer man tidpunkten för kommutering?
Som nämnts ovan är nyckeln till att styra rotorns rotation att kommutera strömmen som passerar genom spolen när rotorn vrids till en lämplig vinkel, så att riktningen för det genererade magnetfältet ändras, attraherar rotorn och får rotorn att rotera .
Hur ska tidpunkten för denna nuvarande kommutering förstås? Det vill säga, hur vet jag var rotorn snurrar nu? Först när jag vet var rotorn är kan jag veta vilken tvåfas el jag ska ansluta till.
Faktum är att det finns många sätt att bedöma rotorns position, antingen med en sensor eller utan en sensor. Låt oss prata om sensorn först, och sensorn använder i allmänhet en Hall-sensor.
3.1. Bekräfta rotorns position med sensorn
3.1.1. Hallsensorer
Hallsensorer kan upptäcka förändringar i magnetfältets styrka genom Hall-effekten. Enligt vänsterhandsregeln som lärts i gymnasiefysik (används för att bestämma kraftriktningen för en laddad ledare i ett magnetfält), i slingan där Hall-sensorn är placerad, avleder magnetfältet rörelsen hos de laddade partiklarna, och de laddade partiklarna "träffar" Hall. Det finns en potentialskillnad mellan sensorns två sidor. Vid denna tidpunkt kan en voltmeter anslutas till båda sidor av Hall-sensorn för att detektera denna spänningsförändring och därigenom detektera förändringen av magnetfältets styrka. Principen visas i figuren nedan.
3.1.2. Hur får Hall-sensorer rotorns position?
Med Hall-sensorn kan rotorns position vara ungefär känd. Hallsensorer installeras vanligtvis var 120:e grad eller var 60:e grad. Följande förutsätter att installationen är var 120:e grad.
Det antas att när N-polen på rotorn korsar avkänningsområdet för Hall-sensorn, är utspänningen från Hall-sensorn hög (vanligtvis 5V). Annars är det lågt.
Enligt nivåerna för HA, HB och HC kan vinkeln för rotorns position vara känd. Till exempel, om HA är hög, HB är låg och HC är låg, kan vi veta att rotorn är i en elektrisk vinkel mellan 180 grader och 240 grader (sambandet mellan den elektriska vinkeln och den faktiska mekaniska vinkeln kommer att diskuteras senare ). Vid användning av 3 Hall-sensorer är upplösningen 60 graders elektrisk vinkel. Det vill säga, jag kan bara veta att rotorns nuvarande position ligger inom intervallet 60 graders elektrisk vinkel, men vi vet inte exakt hur många grader.
3.1.3. Samband mellan elektriska och mekaniska vinklar
Även om det är lite konstigt att sätta in en så liten kunskap här så känner jag ändå att det är nödvändigt eftersom jag kände att det inte var lätt att förstå när jag lärde mig. Det kan vara lättare att förstå med exemplet med Hall-sensorn här.
Den mekaniska vinkeln är den vinkel som motorns rotor faktiskt vrider.
Förhållandet mellan den elektriska vinkeln och den mekaniska vinkeln är relaterat till antalet polpar hos rotorn.
Eftersom magnetfältet som genereras av spolen faktiskt attraherar rotorns magnetiska poler. Så för rotationskontrollen av motorn bryr vi oss bara om den elektriska vinkeln.
Elektrisk vinkel=antal polpar x mekanisk vinkel
3.2. Metod för att uppskatta rotorposition utan sensor
Den här gropen är lite stor, och det här svaret kommer att hoppas över först.
4. Rotationshastighet och rotationsriktning för den borstlösa DC-motorn
4.4. Hur styr man rotationsriktningen för den borstlösa DC-motorn?
Ordningen på aktuell kommutering kan ändras. Låt magnetfältet som syntetiseras av spolen rotera i motsatt riktning.
4.5. Hur styr man hastigheten på en borstlös DC-motor?
Ju högre spänning över spolen är, desto större ström genom spolen, desto starkare genereras magnetfält och desto snabbare roterar rotorn.
Eftersom den anslutna strömmen är DC använder vi vanligtvis PWM (Pulse Width Modulation) för att styra spänningen över spolen. Den enkla principen för PWM är följande.
Därför, när den borstlösa likströmsmotorn aktiveras, används PWM som genereras av mikrodatorn med en chip för att kontinuerligt styra öppningen och stängningen av FET, så att spolen upprepade gånger kan aktiveras och avaktiveras. Om aktiveringstiden är lång (driften är stor), kommer den ekvivalenta spänningen i båda ändarna av spolen att vara stor, styrkan på det genererade magnetfältet kommer att vara starkare och rotorn kommer att rotera snabbt; om spänningstiden är kort (driften är liten), kommer den ekvivalenta spänningen i båda ändarna av spolen att vara liten och den genererade magnetiska fältstyrkan blir liten. Ju svagare den är, desto långsammare roterar rotorn.
PWM-vågformen är ansluten till grinden på FET för att styra öppning och stängning av FET. Antag att när spänningen på Gaten är hög är FET stängd och påslagen; när spänningen på Gaten är låg är FET avstängd och inte strömsatt.
Dessutom måste de övre och nedre FET:erna på samma fas styras av PWM-vågformer i motsatt fas för att förhindra att de övre och nedre FET:erna slås på samtidigt, vilket gör att strömmen inte passerar genom motorn utan är samma upp och ner, vilket resulterar i en kortslutning. PWM-vågformen som styr FET är som följer.
