Lassen Sie uns zuerst über das Grundprinzip des Motors sprechen. Die Grundlagen können direkt übersprungen werden.
Jeder hat in seiner Jugend mit Magneten gespielt. Unterschiedliche Pole ziehen sich an, und die beiden Magnete kollidierten, sobald sie sich näherten.
Nehmen wir nun an, Ihre Hände sind schnell genug, um mit einem Magneten vor sich herzulocken, und der andere Magnet folgt Ihnen die ganze Zeit.
Du hältst den Magneten in der Hand und zeichnest Kreise, der andere Magnet folgt dir im Kreis.
Das Obige ist das Grundprinzip der Motorrotation. Es ist nur so, dass der zum Verführen verwendete "Magnet" kein echter Magnet ist, sondern ein Magnetfeld, das von der erregten Spule erzeugt wird.
1. Einführung des bürstenlosen Gleichstrommotors
Bürstenloser Gleichstrommotor, englische Abkürzung ist BLDC (Brushless Direct Current Motor). Der Stator (der bewegliche Teil) des Motors ist die Spule oder Wicklung. Der Rotor (der Teil, der sich dreht) ist ein Permanentmagnet, der ein Magnet ist. Entsprechend der Position des Rotors wird der Ein-Chip-Mikrocomputer verwendet, um die Erregung jeder Spule zu steuern, so dass sich das von der Spule erzeugte Magnetfeld ändert, um den Rotor an der Vorderseite kontinuierlich zu verführen, um den Rotor zu drehen. Dies ist das Rotationsprinzip des bürstenlosen Gleichstrommotors. Tauchen wir ein.
2. Das grundlegende Arbeitsprinzip des bürstenlosen Gleichstrommotors
2.1. Aufbau eines bürstenlosen Gleichstrommotors
Beginnen wir zuerst mit den grundlegendsten Spulen.
Wie nachfolgend dargestellt. Eine Spirale kann als etwas verstanden werden, das wie eine Feder wächst. Gemäß der Regel der rechten Spirale, die in der Junior High School gelernt wurde, ist die obere Polarität der Spule N und die untere Polarität S, wenn der Strom von der Oberseite zur Unterseite der Spule fließt.
Machen Sie jetzt eine weitere Spule wie diese. Dann fummeln Sie mit der Position herum. Auf diese Weise verhält es sich, wenn der Strom durch es fließt, als ob es zwei Elektromagnete gäbe.
Holen Sie sich eine andere, um die dreiphasige Wicklung des Motors zu bilden.
Gekoppelt mit dem Rotor aus Permanentmagneten ist er ein bürstenloser Gleichstrommotor.
2.2. Stromkommutierungsschaltung des bürstenlosen Gleichstrommotors
Der Grund, warum der bürstenlose Gleichstrommotor nur Gleichstrom und keine Bürsten verwendet, liegt darin, dass es eine externe Schaltung gibt, um die Erregung seiner Spulen gezielt zu steuern. Die Hauptkomponente dieser Stromkommutierungsschaltung ist der FET (Field-Effect Transitor). Ein FET kann als Schalter betrachtet werden. Das folgende Diagramm bezeichnet die FETs als AT (A-Phase oben), AB (A-Phase unten), BT, BB, CT, CB. Das "Öffnen und Schließen" des FET wird vom Mikrocontroller gesteuert.
2.3. Aktueller Kommutierungsprozess eines bürstenlosen Gleichstrommotors
Der Zeitpunkt des "Öffnens und Schließens" des FET wird durch den Mikrocontroller gesteuert. Die am häufigsten verwendete aktuelle Kommutierungsmethode ist die Sechs-Stufen-Kommutation, was als "Sechs-Stufen-Kommutation" übersetzt wird. Erstellen Sie nun ein Koordinatensystem. Der sechsstufige Kommutierungsprozess ist wie folgt.
2.4. Wie dreht sich der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors?
Es setzt auf eine sechsstufige Kommutierung, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, das kontinuierlich vor dem Rotor verführt. So wie die Hand am Anfang des Artikels, die den Magneten hält und Kreise zeichnet. Schaut man sich die resultierende Magnetfeldrichtung an und wo sich der Rotor befindet, ist es auf einen Blick klar.
Sie sehen, der S-Pol des resultierenden Magnetfelds hat vor dem N-Pol des Rotors gewartet.
Solange der Zeitpunkt der Erregung der Spule erfasst wird, ist die Richtung des synthetischen Magnetfelds immer vor der Position des Rotors, und der Rotor wird immer folgen.
3. Wie bestimmt man den Zeitpunkt der Kommutierung?
Wie oben erwähnt, besteht der Schlüssel zum Steuern der Drehung des Rotors darin, den durch die Spule fließenden Strom zu kommutieren, wenn sich der Rotor auf einen geeigneten Winkel dreht, so dass sich die Richtung des erzeugten Magnetfelds ändert, den Rotor anzieht und den Rotor dreht .
Wie ist der zeitliche Ablauf dieser Stromumschaltung zu erfassen? Das heißt, woher weiß ich, wo sich der Rotor jetzt dreht? Nur wenn ich weiß, wo der Rotor ist, weiß ich, an welchen zweiphasigen Strom ich ihn anschließen muss.
Tatsächlich gibt es viele Möglichkeiten, die Position des Rotors zu beurteilen, entweder mit einem Sensor oder ohne einen Sensor. Lassen Sie uns zuerst über den Sensor sprechen, und der Sensor verwendet im Allgemeinen einen Hall-Sensor.
3.1. Bestätigen Sie die Rotorposition mit dem Sensor
3.1.1. Hall-Sensoren
Hall-Sensoren können Änderungen der Magnetfeldstärke durch den Hall-Effekt erkennen. Gemäß der in der Physik erlernten linken Regel (zur Bestimmung der Kraftrichtung eines geladenen Leiters in einem Magnetfeld) lenkt das Magnetfeld in der Schleife, in der sich der Hallsensor befindet, die Bewegung der geladenen Teilchen ab, und die geladenen Teilchen "treffen" auf die Halle. Zwischen den beiden Seiten des Sensors besteht eine Potentialdifferenz. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Voltmeter mit beiden Seiten des Hall-Sensors verbunden werden, um diese Spannungsänderung zu erfassen, wodurch die Änderung der Magnetfeldstärke erfasst wird. Das Prinzip ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
3.1.2. Wie erhalten Hallsensoren die Rotorposition?
Mit dem Hallsensor kann die Position des Rotors grob bekannt sein. Hallsensoren werden in der Regel alle 120 Grad oder alle 60 Grad eingebaut. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Installation alle 120 Grad erfolgt.
Es wird angenommen, dass, wenn der N-Pol des Rotors den Erfassungsbereich des Hall-Sensors kreuzt, die Ausgangsspannung des Hall-Sensors hoch ist (im Allgemeinen 5 V). Ansonsten ist es niedrig.
Gemäß den Niveaus von HA, HB und HC kann der Winkel der Position des Rotors bekannt sein. Wenn zum Beispiel HA hoch, HB niedrig und HC niedrig ist, können wir wissen, dass sich der Rotor in einem elektrischen Winkel zwischen 180 Grad und 240 Grad befindet (die Beziehung zwischen dem elektrischen Winkel und dem tatsächlichen mechanischen Winkel wird später besprochen). ). Bei Verwendung von 3 Hallsensoren beträgt die Auflösung 60 Grad elektrischer Winkel. Das heißt, ich kann nur wissen, dass die aktuelle Position des Rotors im Bereich von 60 Grad elektrischem Winkel liegt, aber wir wissen nicht genau, wie viel Grad.
3.1.3. Beziehung zwischen elektrischen und mechanischen Winkeln
Obwohl es etwas seltsam ist, hier ein so kleines Wissen einzufügen, halte ich es dennoch für notwendig, weil ich das Gefühl hatte, dass es beim Lernen nicht leicht zu verstehen war. Vielleicht ist es hier am Beispiel des Hallsensors einfacher zu verstehen.
Der mechanische Winkel ist der Winkel, um den sich der Motorrotor tatsächlich dreht.
Der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Winkel und dem mechanischen Winkel hängt mit der Polpaarzahl des Rotors zusammen.
Denn das von der Spule erzeugte Magnetfeld zieht tatsächlich die Magnetpole des Rotors an. Für die Rotationssteuerung des Motors interessiert uns also nur der elektrische Winkel.
Elektrischer Winkel=Polpaarzahl x mechanischer Winkel
3.2. Verfahren zur Schätzung der Rotorposition ohne Sensor
Diese Grube ist ein bisschen groß, und diese Antwort wird zuerst übersprungen.
4. Drehzahl und Drehrichtung des bürstenlosen Gleichstrommotors
4.4. Wie kann die Drehrichtung des bürstenlosen Gleichstrommotors gesteuert werden?
Die Reihenfolge der Stromumschaltung kann geändert werden. Lassen Sie das von der Spule synthetisierte Magnetfeld in die entgegengesetzte Richtung rotieren.
4.5. Wie regelt man die Drehzahl eines bürstenlosen Gleichstrommotors?
Je größer die Spannung an der Spule, desto größer der Strom durch die Spule, desto stärker das erzeugte Magnetfeld und desto schneller dreht sich der Rotor.
Da die angeschlossene Leistung Gleichstrom ist, verwenden wir normalerweise PWM (Pulsweitenmodulation), um die Spannung über der Spule zu steuern. Das einfache Prinzip von PWM ist wie folgt.
Wenn daher der bürstenlose Gleichstrommotor erregt wird, wird die von dem Ein-Chip-Mikrocomputer erzeugte PWM verwendet, um das Öffnen und Schließen des FET kontinuierlich zu steuern, so dass die Spule wiederholt erregt und entregt werden kann. Wenn die Erregungszeit lang ist (Duty ist groß), ist die äquivalente Spannung an beiden Enden der Spule groß, die Stärke des erzeugten Magnetfelds ist stärker und der Rotor dreht sich schnell; Wenn die Erregungszeit kurz ist (Duty ist klein), ist die äquivalente Spannung an beiden Enden der Spule klein und die erzeugte Magnetfeldstärke ist klein. Je schwächer es ist, desto langsamer dreht sich der Rotor.
Die PWM-Wellenform ist mit dem Gate des FET verbunden, um das Öffnen und Schließen des FET zu steuern. Angenommen, wenn die Spannung am Gate hoch ist, ist der FET geschlossen und eingeschaltet; Wenn die Spannung am Gate niedrig ist, wird der FET ausgeschaltet und nicht erregt.
Außerdem müssen die oberen und unteren FETs in derselben Phase durch gegenphasige PWM-Wellenformen gesteuert werden, um zu verhindern, dass die oberen und unteren FETs gleichzeitig eingeschaltet werden, wodurch der Strom nicht durch den Motor fließt, sondern der gleich auf und ab, was zu einem Kurzschluss führt. Die PWM-Wellenform, die den FET steuert, ist wie folgt.
