Razgovarajmo prvo o osnovnom principu motora. Osnove se mogu direktno preskočiti.
Svi su se igrali magnetima kad su bili mladi. Različiti polovi se privlače, a dva magneta su se sudarila čim su se približili.
Pretpostavimo sada da su vam ruke dovoljno brze da jednim magnetom namamete ispred sebe, a drugi vas prati cijelo vrijeme.
Držite magnet u ruci i crtate krugove, a drugi magnet vas prati u krugovima.
Gore navedeno je osnovni princip rotacije motora. Samo što "magnet" koji se koristi za zavođenje nije pravi magnet, već magnetno polje koje stvara zavojnica pod naponom.
1. Uvođenje DC motora bez četkica
DC motor bez četkica, engleska skraćenica je BLDC (Brushless Direct Current Motor). Stator (pokretni dio) motora je zavojnica ili namotaj. Rotor (dio koji se okreće) je trajni magnet, koji je magnet. Prema položaju rotora, mikrokompjuter sa jednim čipom koristi se za kontrolu napajanja svake zavojnice, tako da se magnetsko polje koje generira zavojnica mijenja, kako bi se kontinuirano zavodio rotor sprijeda kako bi se rotor rotirao. Ovo je princip rotacije DC motora bez četkica. Hajde da zaronimo.
2. Osnovni princip rada DC motora bez četkica
2.1. Struktura DC motora bez četkica
Počnimo prvo s najosnovnijim zavojnicama.
Kao što je prikazano ispod. Zavojnica se može shvatiti kao nešto što raste poput opruge. Prema pravilu desne spirale naučenom u srednjoj školi, kada struja teče od vrha ka dnu zavojnice, gornji polaritet zavojnice je N, a donji polaritet S.
Sada napravite još jedan ovakav namotaj. Zatim petljajte sa pozicijom. Na ovaj način, ako struja prođe kroz njega, ponašat će se kao da postoje dva elektromagneta.
Nabavite još jedan za formiranje trofaznog namotaja motora.
Zajedno sa rotorom napravljenim od trajnih magneta, to je DC motor bez četkica.
2.2. Strujni komutacijski krug DC motora bez četkica
Razlog zašto jednosmjerni motor bez četkica koristi samo jednosmjernu struju, a ne četkice je taj što postoji eksterno kolo koje posebno kontrolira napajanje njegovih zavojnica. Glavna komponenta ovog strujnog komutacionog kola je FET (Field-Effect Transitor). FET se može smatrati prekidačem. Dijagram ispod označava FET-ove kao AT (A-faza na vrhu), AB (A-faza na dnu), BT, BB, CT, CB. "Otvaranje i zatvaranje" FET-a kontroliše mikrokontroler.
2.3. Trenutni proces komutacije DC motora bez četkica
Vreme "otvaranja i zatvaranja" FET-a kontroliše mikrokontroler. Najčešće korištena trenutna metoda komutacije je komutacija u šest koraka, što se prevodi kao "komutacija u šest koraka". Sada kreirajte koordinatni sistem. Proces komutacije u šest koraka je sljedeći.
2.4. Kako se rotor DC motora bez četkica okreće?
Oslanja se na komutaciju u šest koraka kako bi se stvorilo rotirajuće magnetno polje koje neprekidno zavodi ispred rotora. Baš kao ruka na početku članka koja drži magnet i crta krugove. Ako pogledate rezultujući smjer magnetskog polja i gdje se nalazi rotor, to je jasno na prvi pogled.
Vidite, S pol rezultujućeg magnetnog polja čeka ispred N pola rotora.
Sve dok se shvati tajming napajanja zavojnice, smjer sintetičkog magnetnog polja je uvijek ispred položaja rotora, a rotor će ga uvijek pratiti.
3. Kako odrediti vrijeme komutacije?
Kao što je gore spomenuto, ključ za kontrolu rotacije rotora je komutacija struje koja prolazi kroz zavojnicu kada se rotor okrene pod odgovarajućim kutom, tako da se smjer generiranog magnetnog polja mijenja, privlačeći rotor i tjerajući rotor da se okreće. .
Kako treba shvatiti tajming ove trenutne komutacije? Odnosno, kako da znam gdje se rotor sada okreće? Tek kada znam gdje je rotor mogu znati na koju dvofaznu struju da se priključim.
U stvari, postoji mnogo načina da se proceni položaj rotora, bilo sa senzorom ili bez senzora. Hajde da prvo razgovaramo o senzoru, a senzor uglavnom koristi Hall senzor.
3.1. Potvrdite položaj rotora senzorom
3.1.1. Hall senzori
Holovi senzori mogu detektovati promene u jačini magnetnog polja preko Holovog efekta. Prema pravilu lijeve ruke naučenom u srednjoj školi fizike (koje se koristi za određivanje smjera sile nabijenog provodnika u magnetskom polju), u petlji gdje se nalazi Hallov senzor, magnetsko polje odbija kretanje nabijenih čestica, a nabijene čestice "udare" u Hall. Postoji razlika potencijala između dvije strane senzora. U ovom trenutku, voltmetar se može spojiti na obje strane Hallovog senzora da detektuje ovu promjenu napona, čime se detektuje promjena jačine magnetnog polja. Princip je prikazan na donjoj slici.
3.1.2. Kako Hall senzori dobivaju položaj rotora?
Sa Holovim senzorom, položaj rotora se može otprilike znati. Hall senzori se generalno instaliraju na svakih 120 stepeni, ili svakih 60 stepeni. U nastavku se pretpostavlja da je instalacija svakih 120 stepeni.
Pretpostavlja se da kada N pol rotora pređe područje senzora Holovog senzora, izlazni napon Holovog senzora je visok (obično 5V). Inače je nizak.
Prema nivoima HA, HB i HC može se znati ugao položaja rotora. Na primjer, ako je HA visok, HB nizak, a HC nizak, možemo znati da je rotor pod električnom kutom između 180 stepeni i 240 stepeni (odnos između električnog ugla i stvarnog mehaničkog ugla će biti razmatran kasnije ). Kada koristite 3 Hall senzora, rezolucija je 60 stepeni električnog ugla. Odnosno, mogu samo da znam da je trenutna pozicija rotora u opsegu od 60 stepeni električnog ugla, ali ne znamo tačno koliko stepeni.
3.1.3. Odnos između električnih i mehaničkih uglova
Iako je malo čudno unositi tako malo znanja ovdje, ipak smatram da je to neophodno jer sam osjećao da to nije bilo lako razumjeti dok sam učio. Možda će biti lakše razumjeti na primjeru Hall senzora ovdje.
Mehanički ugao je ugao pod kojim se rotor motora zapravo okreće.
Odnos između električnog i mehaničkog ugla povezan je sa brojem parova polova rotora.
Zato što magnetsko polje koje stvara zavojnica zapravo privlači magnetne polove rotora. Dakle, za kontrolu rotacije motora, brinemo samo o električnom kutu.
Električni ugao=broj parova polova x mehanički ugao
3.2. Metoda za procjenu položaja rotora bez senzora
Ova jama je malo velika i ovaj odgovor će biti prvi preskočen.
4. Brzina i smjer rotacije DC motora bez četkica
4.4. Kako kontrolirati smjer rotacije DC motora bez četkica?
Redoslijed trenutne komutacije se može promijeniti. Neka se magnetsko polje koje sintetizira zavojnica rotira u suprotnom smjeru.
4.5. Kako kontrolirati brzinu DC motora bez četkica?
Što je veći napon na zavojnici, to je veća struja kroz zavojnicu, jače je generirano magnetsko polje i rotor se brže rotira.
Budući da je priključeno napajanje istosmjerno, obično koristimo PWM (Pulse Width Modulation) za kontrolu napona na zavojnici. Jednostavan princip PWM je sljedeći.
Stoga, kada je DC motor bez četkica pod naponom, PWM koji generiše mikrokompjuter sa jednim čipom koristi se za kontinuiranu kontrolu otvaranja i zatvaranja FET-a, tako da se zavojnica može više puta uključivati i de-napajati. Ako je vrijeme uključenja dugo (Dužnost je velika), ekvivalentni napon na oba kraja zavojnice će biti velik, snaga generiranog magnetnog polja će biti jača, a rotor će se brzo rotirati; ako je vrijeme napajanja kratko (Dužnost je mala), ekvivalentni napon na oba kraja zavojnice će biti mali, a generirana jačina magnetnog polja bit će mala. Što je slabiji, to se rotor sporije okreće.
PWM talasni oblik je povezan na kapiju FET-a da kontroliše otvaranje i zatvaranje FET-a. Pretpostavimo da kada je napon na kapiji visok, FET je zatvoren i uključen; kada je napon na kapiji nizak, FET je isključen i nije pod naponom.
Osim toga, gornji i donji FET-ovi na istoj fazi moraju biti kontrolirani PWM valnim oblicima suprotne faze kako bi se spriječilo da se gornji i donji FET-ovi uključe u isto vrijeme, uzrokujući da struja ne prolazi kroz motor već da bude isto gore-dolje, što rezultira kratkim spojem. PWM talasni oblik koji kontroliše FET je sledeći.
