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霍尔元件在三项无刷电机中的工作原理

文章出处:未知 人气:发表时间:2020-04-08 16:16
无刷DC电机是一种在转子和线圈绕组中具有永磁体的同步电机。它们能在电机定子上产生电磁。电气端子直接连接到定子绕组;因此,电刷或机械装置(如电刷电机)没有连接到转子上。BLDC电机采用DC电源和开关电路在定子绕组上产生双向电流。开关电路必须在每个绕组中使用一个高端开关和一个低端开关,因此BLDC电机总共使用6个开关。
有刷电机
与继电器相比,现代电机设计使用固态开关,如金属氧化物半导体场效应晶体管或IGBT,这取决于电机的速度和电压。此外,还必须考虑成本、可靠性和尺寸。开关电流产生适当的磁场极性,可以吸引相反的极性,排斥相同的极性。从而产生磁力并促使转子旋转。在转子中使用永磁体可以为设计者提供机械效益。并且可以减小尺寸和重量。与有刷电机和感应电机相比,BLDC电机具有更好的热特性,是机械系统掀起节能新浪潮的理想选择。
 

BLDC通常使用三相(绕组),每相的传导间隔为120度。
因为它是双向电流,所以每相在每个导通间隔内有两个阶跃。这是一个镀锡六步换向。例如,换向相位序列可以是AB-AC-BC-BA-CA-CB。每个导电相标志着一个台阶,任何时候只有两个绕组可以导电,第三个绕组悬空。未激励绕组可用作反馈控制,并构成无传感器控制算法特征的基础。
为了保持转子前方定子内部的磁场并产生最佳转矩,必须在精确的转子位置完成从一个扇区到另一个扇区的转换。最大扭矩通过每60度旋转的开关电路获得。所有开关控制算法都包含在单片机中。微控制器可以通过场效应管驱动器控制开关电路。场效应晶体管驱动器包括适当的响应时间(例如,维持延迟以及上升和下降时间)和驱动能力(包括开关场效应晶体管/IGBT“开”或“关”状态所需的栅极驱动电压和电流同步)。
转子位置对于确定电机绕组换向所需的正确扭矩非常重要。在具有高精度要求的应用中,转子的位置速度和扭矩可以使用霍尔传感器或转速表来计算。在主要考虑成本的应用中,反电动势可用于计算位置、速度和扭矩。
反电动势是指定子绕组中的永磁体产生的电压。这发生在电机转子旋转时。有三个主要的反电动势特性可以用来控制和反馈信号。首先,反电动势水平适用于电机转速。因此,设计者使用工作电压至少为标准电压2倍的金属氧化物半导体场效应晶体管驱动器。第二,反电动势信号的斜率随着速度的增加而增加。第三个也是最后一个,例如,“交叉事件”中的反电动势信号是对称的。交叉事件的准确检测是反电动势算法实现的关键。反电动势模拟信号可以由每个混合信号电路转化使用高压运算放大器和模数转换器(广泛用于最现代的微控制器)发送到微控制器。每个都需要至少一个模数转换器。
当使用无传感器控制时,激活顺序至关重要,因为微控制器最初并不确定转子的初始位置。首先,启动电机,激励两个绕组,从反电动势反馈回路测量几次,直到确定准确位置。
通常,带有MUC的闭环控制系统可用于操作BLDC电机。单片机可以执行伺服回路控制、计算、校正、PID控制和传感器管理(如反电动势、霍尔传感器或转速表)。这些数字控制器通常为8位或更多位,要求EEPROM存储固件,以获得设置所需电机速度、方向和保持电机稳定性所需的算法。一般来说,微控制器可以提供允许无传感器电机控制架构的模数转换器。该框架可以节省宝贵的成本和电路板空间。单片机具有很强的可构造性和灵活性,能够满足优化应用算法的需要。模拟集成电路可以为MUC提供高效的电源、电压调节、电压参考、驱动MOSFET或IGBT和故障保护。美国