Nejprve si povíme o základním principu motoru. Základy lze přímo přeskočit.
Každý si v mládí hrál s magnety. Různé póly se navzájem přitahují a oba magnety se srazily, jakmile se přiblížily.
Nyní předpokládejme, že vaše ruce jsou dostatečně rychlé na to, aby vás nalákaly jedním magnetem, a druhý magnet vás neustále sleduje.
Držíte magnet v ruce a kreslíte kruhy a druhý magnet vás v kruzích následuje.
Výše uvedené je základní princip otáčení motoru. Jde jen o to, že "magnet" používaný ke svádění není skutečný magnet, ale magnetické pole generované cívkou napájenou energií.
1. Zavedení bezkomutátorového stejnosměrného motoru
Brushless DC motor, anglická zkratka je BLDC (Brushless Direct Current Motor). Stator (pohyblivá část) motoru je cívka nebo vinutí. Rotor (část, která se otáčí) je permanentní magnet, což je magnet. Podle polohy rotoru se jednočipový mikropočítač používá k řízení buzení každé cívky tak, aby se magnetické pole generované cívkou měnilo tak, aby nepřetržitě svádělo rotor v přední části, aby se rotor otáčel. Toto je princip otáčení bezkomutátorového stejnosměrného motoru. Pojďme se ponořit.
2. Základní princip činnosti bezkomutátorového stejnosměrného motoru
2.1. Konstrukce bezkomutátorového stejnosměrného motoru
Začněme nejprve nejzákladnějšími cívkami.
Jak je ukázáno níže. Cívka může být chápána jako něco, co roste jako pružina. Podle spirálového pravidla pravé ruky, které jsme se naučili na střední škole, když proud teče z horní části cívky dolů, horní polarita cívky je N a spodní polarita je S.
Nyní vytvořte další takovou cívku. Pak si pohrajte s pozicí. Tímto způsobem, pokud jím prochází proud, bude se chovat, jako by tam byly dva elektromagnety.
Pořiďte si další, abyste vytvořili třífázové vinutí motoru.
Ve spojení s rotorem vyrobeným z permanentních magnetů se jedná o bezkomutátorový stejnosměrný motor.
2.2. Proudový komutační obvod bezkomutátorového stejnosměrného motoru
Důvod, proč bezkomutátorový stejnosměrný motor používá pouze stejnosměrný proud a žádné kartáče, je ten, že existuje externí obvod, který specificky řídí buzení jeho cívek. Hlavní součástí tohoto obvodu pro komutaci proudu je FET (Field-Effect Transitor). FET lze považovat za přepínač. Níže uvedený diagram označuje FETy jako AT (A-fáze nahoře), AB (A-fáze dole), BT, BB, CT, CB. "Otevírání a zavírání" FET je řízeno mikrokontrolérem.
2.3. Proces komutace proudu bezkomutátorového stejnosměrného motoru
Časování "otevření a zavření" FET je řízeno mikrokontrolérem. Nejčastěji používanou současnou komutační metodou je Six-step Commutation, což v překladu znamená „šestistupňová komutace“. Nyní vytvořte souřadnicový systém. Proces komutace v šesti krocích je následující.
2.4. Jak se otáčí rotor bezkomutátorového stejnosměrného motoru?
Spoléhá na šestistupňovou komutaci pro generování rotujícího magnetického pole, které nepřetržitě svádí před rotor. Stejně jako ruka na začátku článku, která drží magnet a kreslí kolečka. Když se podíváte na výsledný směr magnetického pole a kde se rotor nachází, je to jasné na první pohled.
Vidíte, S pól výsledného magnetického pole čekal před N pólem rotoru.
Dokud je zachyceno načasování buzení cívky, směr syntetického magnetického pole je vždy před polohou rotoru a rotor bude vždy následovat.
3. Jak určit časování komutace?
Jak bylo uvedeno výše, klíčem k ovládání rotace rotoru je komutovat proud procházející cívkou, když se rotor otočí do vhodného úhlu, takže se změní směr generovaného magnetického pole, přitahuje rotor a rotuje rotor. .
Jak by se mělo uchopit načasování této současné komutace? To znamená, jak poznám, kde se rotor nyní otáčí? Teprve když vím, kde je rotor, mohu vědět, na jakou dvoufázovou elektřinu se mám připojit.
Ve skutečnosti existuje mnoho způsobů, jak posoudit polohu rotoru, ať už se snímačem nebo bez snímače. Nejprve si povíme něco o senzoru a senzor obecně používá Hallův senzor.
3.1. Potvrďte polohu rotoru pomocí senzoru
3.1.1. Hallovy senzory
Hallovy senzory mohou detekovat změny v síle magnetického pole prostřednictvím Hallova jevu. Podle pravidla levé ruky naučené ve fyzice na střední škole (používaného k určení směru síly nabitého vodiče v magnetickém poli) ve smyčce, kde je umístěn Hallův senzor, magnetické pole vychyluje pohyb nabitých částic, a nabité částice „zasáhly“ Hall. Mezi oběma stranami senzoru je potenciální rozdíl. V tomto okamžiku lze na obě strany Hallova senzoru připojit voltmetr pro detekci této změny napětí, a tím detekovat změnu síly magnetického pole. Princip je znázorněn na obrázku níže.
3.1.2. Jak Hallovy senzory získají polohu rotoru?
S Hallovým senzorem lze zhruba znát polohu rotoru. Hallovy senzory se obecně instalují každých 120 stupňů nebo každých 60 stupňů. Následující předpokládá, že instalace je každých 120 stupňů.
Předpokládá se, že když N pól rotoru protne snímací oblast Hallova senzoru, výstupní napětí Hallova senzoru je vysoké (obecně 5V). Jinak je nízká.
Podle úrovní HA, HB a HC lze znát úhel polohy rotoru. Pokud je například HA vysoká, HB je nízká a HC je nízká, můžeme vědět, že rotor je v elektrickém úhlu mezi 180 stupni a 240 stupni (vztah mezi elektrickým úhlem a skutečným mechanickým úhlem bude diskutován později ). Při použití 3 Hallových senzorů je rozlišení 60 stupňů elektrického úhlu. To znamená, že mohu vědět pouze to, že aktuální poloha rotoru je v rozsahu 60 stupňů elektrického úhlu, ale nevíme přesně kolik stupňů.
3.1.3. Vztah mezi elektrickými a mechanickými úhly
I když je trochu zvláštní vkládat sem tak malé znalosti, stále to cítím jako nezbytné, protože jsem cítil, že to nebylo snadné pochopit, když jsem se učil. Snáze to pochopíme na příkladu Hallova senzoru zde.
Mechanický úhel je úhel, o který se rotor motoru skutečně otáčí.
Vztah mezi elektrickým úhlem a mechanickým úhlem souvisí s počtem pólových párů rotoru.
Protože magnetické pole generované cívkou ve skutečnosti přitahuje magnetické póly rotoru. Takže pro řízení rotace motoru se staráme pouze o elektrický úhel.
Elektrický úhel=počet párů pólů x mechanický úhel
3.2. Metoda pro odhad polohy rotoru bez senzoru
Tato jáma je trochu velká a tato odpověď bude přeskočena jako první.
4. Rychlost a směr otáčení bezkomutátorového stejnosměrného motoru
4.4. Jak ovládat směr otáčení bezkomutátorového stejnosměrného motoru?
Pořadí aktuální komutace lze změnit. Nechte magnetické pole syntetizované cívkou rotovat v opačném směru.
4.5. Jak ovládat rychlost bezkomutátorového stejnosměrného motoru?
Čím větší je napětí na cívce, tím větší proud cívkou prochází, tím silnější je generované magnetické pole a tím rychleji se rotor otáčí.
Protože připojené napájení je stejnosměrné, obvykle používáme k řízení napětí na cívce PWM (Pulse Width Modulation). Jednoduchý princip PWM je následující.
Proto, když je napájen bezkomutátorový stejnosměrný motor, PWM generovaná jednočipovým mikropočítačem se používá k nepřetržitému řízení otevírání a zavírání FET, takže cívka může být opakovaně napájena a deaktivována. Pokud je doba buzení dlouhá (Duty je velká), ekvivalentní napětí na obou koncích cívky bude velké, síla generovaného magnetického pole bude silnější a rotor se bude rychle otáčet; pokud je doba buzení krátká (Duty je malá), ekvivalentní napětí na obou koncích cívky bude malé a síla generovaného magnetického pole bude malá. Čím je slabší, tím pomaleji se rotor otáčí.
Křivka PWM je připojena k bráně FET pro ovládání otevírání a zavírání FET. Předpokládejme, že když je napětí na bráně vysoké, FET je zavřený a zapnutý; když je napětí na bráně nízké, FET se vypne a není pod napětím.
Kromě toho musí být horní a spodní FET na stejné fázi řízeny opačnou fází PWM křivek, aby se předešlo současnému zapnutí horního a dolního FETu, což způsobí, že proud neprochází motorem, ale je stejně nahoru a dolů, což má za následek zkrat. Tvar vlny PWM, který řídí FET, je následující.
