Najprv si povedzme o základnom princípe motora. Základy je možné priamo preskočiť.
Každý sa v mladosti hral s magnetmi. Rôzne póly sa navzájom priťahujú a dva magnety sa zrazili hneď, ako sa priblížili.
Teraz predpokladajme, že vaše ruky sú dostatočne rýchle na to, aby vás nalákali jedným magnetom, a druhý magnet vás neustále sleduje.
Držíte magnet v ruke a kreslíte kruhy a druhý magnet vás nasleduje v kruhoch.
Vyššie uvedené je základným princípom otáčania motora. Ide len o to, že "magnet" používaný na zvádzanie nie je skutočný magnet, ale magnetické pole generované cievkou napájanou energiou.
1. Zavedenie bezkomutátorového jednosmerného motora
Brushless DC motor, anglická skratka je BLDC (Brushless Direct Current Motor). Stator (pohyblivá časť) motora je cievka alebo vinutie. Rotor (časť, ktorá sa otáča) je permanentný magnet, čo je magnet. Podľa polohy rotora sa jednočipový mikropočítač používa na riadenie napájania každej cievky tak, aby sa magnetické pole generované cievkou menilo, aby sa rotor neustále zvádzal vpredu, aby sa rotor otáčal. Toto je princíp otáčania bezkomutátorového jednosmerného motora. Poďme sa ponoriť.
2. Základný pracovný princíp bezkomutátorového jednosmerného motora
2.1. Konštrukcia bezkomutátorového jednosmerného motora
Začnime najskôr s najzákladnejšími cievkami.
Ako je uvedené nižšie. Cievka môže byť chápaná ako niečo, čo rastie ako pružina. Podľa pravostranného špirálového pravidla, ktoré sme sa naučili na strednej škole, keď prúd tečie zhora nadol cievkou, horná polarita cievky je N a spodná polarita je S.
Teraz urobte ďalšiu takúto cievku. Potom sa pohrajte s pozíciou. Takto, ak ním prechádza prúd, bude pôsobiť, ako keby tam boli dva elektromagnety.
Získajte ďalší, ktorý vytvorí trojfázové vinutie motora.
V spojení s rotorom vyrobeným z permanentných magnetov ide o bezkomutátorový jednosmerný motor.
2.2. Prúdový komutačný obvod bezkomutátorového jednosmerného motora
Dôvodom, prečo bezkomutátorový jednosmerný motor používa iba jednosmerný prúd a žiadne kefy, je to, že existuje externý obvod, ktorý špecificky riadi napájanie jeho cievok. Hlavnou súčasťou tohto obvodu komutácie prúdu je FET (Field-Effect Transitor). FET si možno predstaviť ako prepínač. Nižšie uvedený diagram označuje FET ako AT (A-fáza hore), AB (A-fáza dole), BT, BB, CT, CB. "Otváranie a zatváranie" FET je riadené mikrokontrolérom.
2.3. Proces komutácie prúdu bezkomutátorového jednosmerného motora
Načasovanie "otvárania a zatvárania" FET je riadené mikrokontrolérom. Najbežnejšie používaná súčasná komutačná metóda je Six-step Commutation, čo sa prekladá ako „šesťkroková komutácia“. Teraz vytvorte súradnicový systém. Proces komutácie v šiestich krokoch je nasledujúci.
2.4. Ako sa otáča rotor bezkomutátorového jednosmerného motora?
Spolieha sa na šesťstupňovú komutáciu na generovanie rotujúceho magnetického poľa, ktoré nepretržite zvádza pred rotor. Rovnako ako ruka na začiatku článku, ktorá drží magnet a kreslí kruhy. Ak sa pozriete na výsledný smer magnetického poľa a kde sa rotor nachádza, je to jasné na prvý pohľad.
Vidíte, S pól výsledného magnetického poľa čakal pred N pólom rotora.
Pokiaľ je uchopené načasovanie napájania cievky, smer syntetického magnetického poľa je vždy pred polohou rotora a rotor bude vždy nasledovať.
3. Ako určiť načasovanie komutácie?
Ako je uvedené vyššie, kľúčom k riadeniu otáčania rotora je komutácia prúdu prechádzajúceho cievkou, keď sa rotor otáča do vhodného uhla, takže sa mení smer generovaného magnetického poľa, priťahuje rotor a otáča sa rotorom. .
Ako by sa malo chápať načasovanie tejto súčasnej komutácie? To znamená, ako zistím, kde sa rotor teraz otáča? Až keď viem, kde je rotor, viem, na ktorú dvojfázovú elektrinu sa mám pripojiť.
V skutočnosti existuje mnoho spôsobov, ako posúdiť polohu rotora, či už so snímačom alebo bez snímača. Najprv si povedzme o senzore a senzor vo všeobecnosti používa Hallov senzor.
3.1. Potvrďte polohu rotora pomocou snímača
3.1.1. Hallove senzory
Hallove senzory dokážu detekovať zmeny intenzity magnetického poľa prostredníctvom Hallovho efektu. Podľa pravidla ľavej ruky naučeného na strednej škole fyziky (používaného na určenie smeru sily nabitého vodiča v magnetickom poli) v slučke, kde je umiestnený Hallov senzor, magnetické pole vychyľuje pohyb nabitých častíc, a nabité častice „zasiahnu“ Hall. Medzi oboma stranami senzora je potenciálny rozdiel. V tomto čase môže byť na obe strany Hallovho senzora pripojený voltmeter na detekciu tejto zmeny napätia, čím sa zistí zmena intenzity magnetického poľa. Princíp je znázornený na obrázku nižšie.
3.1.2. Ako Hallove senzory získajú polohu rotora?
Pomocou Hallovho snímača je možné približne poznať polohu rotora. Hallove senzory sa vo všeobecnosti inštalujú každých 120 stupňov alebo každých 60 stupňov. Nasledujúce predpokladá, že inštalácia je každých 120 stupňov.
Predpokladá sa, že keď N pól rotora pretína oblasť snímania Hallovho senzora, výstupné napätie Hallovho senzora je vysoké (všeobecne 5V). Inak je nízka.
Podľa úrovní HA, HB a HC je možné poznať uhol polohy rotora. Napríklad, ak je HA vysoká, HB je nízka a HC je nízka, môžeme vedieť, že rotor je v elektrickom uhle medzi 180 stupňami a 240 stupňami (vzťah medzi elektrickým uhlom a skutočným mechanickým uhlom bude diskutovaný neskôr ). Pri použití 3 Hallových snímačov je rozlíšenie 60 stupňov elektrického uhla. To znamená, že môžem len vedieť, že aktuálna poloha rotora je v rozsahu 60 stupňov elektrického uhla, ale nevieme presne koľko stupňov.
3.1.3. Vzťah medzi elektrickými a mechanickými uhlami
Aj keď je to trochu zvláštne vkladať sem taký malý poznatok, stále to cítim ako potrebné, pretože som mal pocit, že to nebolo ľahké pochopiť, keď som sa učil. Možno to bude jednoduchšie pochopiť na príklade Hallovho senzora tu.
Mechanický uhol je uhol, o ktorý sa rotor motora skutočne otáča.
Vzťah medzi elektrickým uhlom a mechanickým uhlom súvisí s počtom pólových párov rotora.
Pretože magnetické pole generované cievkou v skutočnosti priťahuje magnetické póly rotora. Takže pri ovládaní otáčania motora sa staráme len o elektrický uhol.
Elektrický uhol=počet párov pólov x mechanický uhol
3.2. Metóda odhadu polohy rotora bez snímača
Táto jama je trochu veľká a táto odpoveď bude preskočená ako prvá.
4. Rýchlosť a smer otáčania bezkomutátorového jednosmerného motora
4.4. Ako ovládať smer otáčania bezkomutátorového jednosmerného motora?
Poradie aktuálnej komutácie je možné zmeniť. Nechajte magnetické pole syntetizované cievkou rotovať v opačnom smere.
4.5. Ako ovládať rýchlosť bezkomutátorového jednosmerného motora?
Čím väčšie je napätie na cievke, tým väčší je prúd cez cievku, tým silnejšie je generované magnetické pole a tým rýchlejšie sa rotor otáča.
Pretože pripojený výkon je jednosmerný, zvyčajne používame PWM (Pulse Width Modulation) na riadenie napätia na cievke. Jednoduchý princíp PWM je nasledovný.
Preto, keď je bezkomutátorový jednosmerný motor napájaný, PWM generované jednočipovým mikropočítačom sa používa na nepretržité ovládanie otvárania a zatvárania FET, takže cievka môže byť opakovane napájaná a deaktivovaná. Ak je čas nabudenia dlhý (Duty je veľký), ekvivalentné napätie na oboch koncoch cievky bude veľké, sila generovaného magnetického poľa bude silnejšia a rotor sa bude rýchlo otáčať; ak je čas aktivácie krátky (Duty je malý), ekvivalentné napätie na oboch koncoch cievky bude malé a intenzita generovaného magnetického poľa bude malá. Čím je slabší, tým pomalšie sa rotor otáča.
Tvar vlny PWM je pripojený k bráne FET na ovládanie otvárania a zatvárania FET. Predpokladajme, že keď je napätie na bráne vysoké, FET je zatvorený a zapnutý; keď je napätie na bráne nízke, FET sa vypne a nie je pod napätím.
Okrem toho, horný a spodný FET na rovnakej fáze musia byť riadené opačnými fázovými PWM priebehmi, aby sa zabránilo tomu, že horný a spodný FET budú zapnuté súčasne, čo spôsobí, že prúd neprejde motorom, ale bude rovnaké hore a dole, čo vedie ku skratu. Tvar vlny PWM, ktorý riadi FET, je nasledujúci.
