Lad os først tale om motorens grundlæggende princip. Det grundlæggende kan springes over direkte.
Alle har leget med magneter, da de var unge. Forskellige poler tiltrækker hinanden, og de to magneter stødte sammen, så snart de nærmede sig.
Antag nu, at dine hænder er hurtige nok til at lokke foran dig med den ene magnet, og den anden magnet følger dig hele tiden.
Du holder magneten i hånden og tegner cirkler, og den anden magnet følger dig i cirkler.
Ovenstående er det grundlæggende princip for motorrotation. Det er bare, at den "magnet", der bruges til at forføre, ikke er en rigtig magnet, men et magnetfelt, der genereres af spolen, der aktiveres.
1. Introduktion af børsteløs jævnstrømsmotor
Børsteløs DC-motor, engelsk forkortelse er BLDC (Brushless Direct Current Motor). Statoren (den bevægelige del) af motoren er spolen eller viklingen. Rotoren (den del, der drejer) er en permanent magnet, som er en magnet. I henhold til rotorens position bruges single-chip mikrocomputeren til at styre energitilførslen af hver spole, således at det magnetiske felt, der genereres af spolen, ændres, for løbende at forføre rotoren i fronten til at få rotoren til at rotere. Dette er rotationsprincippet for den børsteløse jævnstrømsmotor. Lad os dykke ned.
2. Det grundlæggende arbejdsprincip for børsteløs jævnstrømsmotor
2.1. Struktur af børsteløs DC-motor
Lad os starte med de mest basale spoler først.
Som vist nedenfor. En spole kan forstås som noget, der vokser som en fjeder. Ifølge højrehåndsspiralreglen lært i ungdomsskolen, når strømmen løber fra toppen til bunden af spolen, er den øvre polaritet af spolen N, og den nedre polaritet er S.
Lav nu endnu en spole som denne. Derefter fifler du med stillingen. På denne måde, hvis strømmen passerer gennem det, vil det virke, som om der er to elektromagneter.
Få en anden til at danne den trefasede vikling af motoren.
Sammen med rotoren lavet af permanente magneter er det en børsteløs jævnstrømsmotor.
2.2. Strømkommuteringskredsløb for børsteløs jævnstrømsmotor
Grunden til, at den børsteløse jævnstrømsmotor kun bruger jævnstrøm og ingen børster, er, fordi der er et eksternt kredsløb til specifikt at styre energitilførslen af dens spoler. Hovedkomponenten i dette strømkommuteringskredsløb er FET (Field-Effect Transitor). En FET kan opfattes som en switch. Diagrammet nedenfor mærker FET'erne som AT (A-fase Top), AB (A-fase Bund), BT, BB, CT, CB. "Åbning og lukning" af FET'en styres af mikrocontrolleren.
2.3. Nuværende kommuteringsproces af børsteløs jævnstrømsmotor
Tidspunktet for "åbning og lukning" af FET'en styres af mikrocontrolleren. Den mest almindeligt anvendte nuværende kommuteringsmetode er seks-trins kommutering, som oversættes som "seks-trins kommutering". Opret nu et koordinatsystem. Seks-trins kommuteringsprocessen er som følger.
2.4. Hvordan roterer rotoren på den børsteløse jævnstrømsmotor?
Den er afhængig af seks-trins kommutering for at generere et roterende magnetfelt, der konstant forfører foran rotoren. Ligesom hånden i begyndelsen af artiklen, der holder magneten og tegner cirkler. Hvis du ser på den resulterende magnetfeltretning, og hvor rotoren er placeret, er det tydeligt med et blik.
Ser du, S-polen af det resulterende magnetfelt har ventet foran rotorens N-pol.
Så længe tidspunktet for aktivering af spolen er forstået, er retningen af det syntetiske magnetfelt altid foran rotorens position, og rotoren vil altid følge med.
3. Hvordan bestemmer man tidspunktet for kommutering?
Som nævnt ovenfor er nøglen til at kontrollere rotorens rotation at kommutere strømmen, der passerer gennem spolen, når rotoren drejer til en passende vinkel, så retningen af det genererede magnetfelt ændres, hvilket tiltrækker rotoren og får rotoren til at rotere .
Hvordan skal timingen af denne aktuelle kommutering forstås? Det vil sige, hvordan ved jeg, hvor rotoren drejer nu? Først når jeg ved, hvor rotoren er, kan jeg vide, hvilken tofaset el jeg skal tilsluttes.
Faktisk er der mange måder at bedømme rotorens position på, enten med en sensor eller uden en sensor. Lad os først tale om sensoren, og sensoren bruger generelt en Hall-sensor.
3.1. Bekræft rotorens position med sensoren
3.1.1. Hall sensorer
Hall-sensorer kan registrere ændringer i magnetfeltstyrken gennem Hall-effekten. Ifølge venstrehåndsreglen lært i gymnasiets fysik (bruges til at bestemme kraftretningen af en ladet leder i et magnetfelt), i sløjfen, hvor Hall-sensoren er placeret, afbøjer magnetfeltet bevægelsen af de ladede partikler, og de ladede partikler "ramte" Hallen. Der er en potentialforskel mellem de to sider af sensoren. På dette tidspunkt kan et voltmeter tilsluttes begge sider af Hall-sensoren for at detektere denne spændingsændring og derved detektere ændringen af magnetfeltstyrken. Princippet er vist i nedenstående figur.
3.1.2. Hvordan får Hall-sensorer rotorens position?
Med Hall-sensoren kan rotorens position nogenlunde kendes. Hall-sensorer installeres generelt hver 120 grader eller hver 60 grader. Det følgende forudsætter, at installationen er hver 120 grader.
Det antages, at når N-polen på rotoren krydser Hall-sensorens føleområde, er Hall-sensorens udgangsspænding høj (generelt 5V). Ellers er den lav.
Ifølge niveauerne for HA, HB og HC kan vinklen på rotorens position kendes. For eksempel, hvis HA er høj, HB er lav, og HC er lav, kan vi vide, at rotoren er i en elektrisk vinkel mellem 180 grader og 240 grader (forholdet mellem den elektriske vinkel og den faktiske mekaniske vinkel vil blive diskuteret senere ). Ved brug af 3 Hall-sensorer er opløsningen 60 graders elektrisk vinkel. Det vil sige, jeg kan kun vide, at rotorens aktuelle position er inden for intervallet 60 graders elektrisk vinkel, men vi ved ikke præcist hvor mange grader.
3.1.3. Sammenhæng mellem elektriske og mekaniske vinkler
Selvom det er lidt mærkeligt at indsætte så lille en viden her, så føler jeg stadig, at det er nødvendigt, fordi jeg følte, at det ikke var nemt at forstå, da jeg lærte. Det kan være lettere at forstå med eksemplet med Hall-sensoren her.
Den mekaniske vinkel er den vinkel, som motorrotoren faktisk drejer.
Forholdet mellem den elektriske vinkel og den mekaniske vinkel er relateret til antallet af polpar af rotoren.
Fordi det magnetiske felt, der genereres af spolen, faktisk tiltrækker rotorens magnetiske poler. Så for rotationsstyringen af motoren bekymrer vi os kun om den elektriske vinkel.
Elektrisk vinkel=antal polpar x mekanisk vinkel
3.2. Metode til estimering af rotorposition uden sensor
Denne pit er lidt stor, og dette svar vil blive sprunget over først.
4. Rotationshastighed og rotationsretning for den børsteløse jævnstrømsmotor
4.4. Hvordan styrer man rotationsretningen for den børsteløse DC-motor?
Rækkefølgen af den aktuelle kommutering kan ændres. Lad det magnetiske felt syntetiseret af spolen rotere i den modsatte retning.
4.5. Hvordan styrer man hastigheden på den børsteløse DC-motor?
Jo større spænding over spolen, jo større strøm gennem spolen, jo stærkere er det genererede magnetfelt, og jo hurtigere roterer rotoren.
Fordi den tilsluttede strøm er DC, bruger vi normalt PWM (Pulse Width Modulation) til at styre spændingen over spolen. Det simple princip for PWM er som følger.
Derfor, når den børsteløse jævnstrømsmotor aktiveres, bruges PWM genereret af single-chip mikrocomputeren til kontinuerligt at kontrollere åbningen og lukningen af FET, så spolen gentagne gange kan aktiveres og deaktiveres. Hvis aktiveringstiden er lang (Duty er stor), vil den ækvivalente spænding i begge ender af spolen være stor, styrken af det genererede magnetfelt vil være stærkere, og rotoren vil rotere hurtigt; hvis aktiveringstiden er kort (drift er lille), vil den ækvivalente spænding i begge ender af spolen være lille, og den genererede magnetiske feltstyrke vil være lille. Jo svagere den er, jo langsommere drejer rotoren.
PWM-bølgeformen er forbundet med FET'ens port for at styre åbningen og lukningen af FET'en. Antag, at når spændingen på porten er høj, er FET lukket og tændt; når spændingen på Gaten er lav, er FET'en slukket og ikke aktiveret.
Derudover skal de øvre og nedre FET'er på samme fase styres af modfasede PWM-bølgeformer for at forhindre, at de øvre og nedre FET'er tændes på samme tid, hvilket får strømmen til ikke at passere gennem motoren, men at være samme op og ned, hvilket resulterer i en kortslutning. PWM-bølgeformen, der styrer FET'en, er som følger.
