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    讓你從基礎了解無刷直流電機的工作原理

    作者: 深圳順力電機發表時間:2022-05-25 15:03:12瀏覽量:73

    今天,小編將為大家從基礎開始描述無刷電機,寫完那些對于無刷電機還不太了解的朋友可以在看完這篇文章后對它有一個系統全面的了解~ 0.電動機轉動的原理 先說電動機的基本原理,大家小時候都玩過磁鐵吧,異極相...

    今天,小編將為大家從基礎開始描述無刷電機,寫完那些對于無刷電機還不太了解的朋友可以在看完這篇文章后對它有一個系統全面的了解~

    0.電動機轉動的原理

    先說電動機的基本原理,大家小時候都玩過磁鐵吧,異極相吸,兩磁鐵一靠近“啪”就撞上了。

    現在假設你的手速足夠快,拿著一塊磁鐵在前面瘋狂勾引,那么另外一塊磁鐵就一直跟著你。

    你的手拿著磁鐵畫圈圈,另外一塊磁鐵也跟著你轉圈圈。

    以上,就是電動機轉動的基本原理了。只不過是在前面用來勾引的“磁鐵”不是真的磁鐵,而是由線圈通電后生成的磁場。

    1. 無刷直流電機簡介

    無刷直流電機,英語縮寫為BLDCBrushless Direct Current Motor)。電機的定子(不動的部分)是線圈,或者叫繞組。轉子(轉動的部分)是永磁體,就是磁鐵 。根據轉子的位置,利用單片機來控制每個線圈的通電,使線圈產生的磁場變化,從而不斷在前面勾引轉子讓轉子轉動,這就是無刷直流電機的轉動原理。下面深入一下。

    2. 無刷直流電機的基本工作原理

    2.1. 無刷直流電機的結構

    首先先從最基本的線圈說起??梢詫⒕€圈理解成長得像彈簧一樣的東西。根據初中學過的右手螺旋法則可知,當電流從該線圈的上到下流過的時候,線圈上面的極性為N,下面的極性為S。

    現在再弄一根這樣的線圈。然后擺弄一下位置。這樣如果電流通過的話,就能像有兩個電磁鐵一樣。

    再弄一根,就可以構成電機的三相繞組。

    再加上永磁體做成的轉子,就是一個無刷直流電動機了。

    2.2. 無刷直流電機的電流換向電路

    無刷直流電機之所以既只用直流電,又不用電刷,是因為外部有個電路來專門控制它各線圈的通電。這個電流換向電路最主要的部件是FET(場效應晶體管,Field-Effect Transitor)??梢园?/span>FET看作是開關。FET的“開合”是由單片機控制的。

    2.3. 無刷直流電機的電流換向過程

    FET的“開合”時機是由單片機控制的。最常用的電流換向方法是 Six-step Commutation,翻譯過來是“六步換向”?,F在建個坐標系。六步換向的過程如下表。

    2.4. 無刷直流電機的轉子是怎么轉動的呢?

    靠的就是用六步換向生成一個旋轉的磁場,在轉子的前方不斷勾引,如果你看合成的磁場方向和轉子所在的位置的話,就一目了然了。合成的磁場的S極一直在轉子N極的前面等著。只要把握好線圈通電的時機,讓合成磁場的方向一直提前于轉子的位置,轉子就會一直屁顛屁顛地跟著。

    3. 怎樣確定換向時機?

    上面說過,控制轉子轉動的關鍵是,等轉子轉到合適的角度時,對通過線圈的電流進行換向,從而使生成的磁場方向發生變化,吸引轉子,令轉子轉動。

    那這個電流換向的時機應該怎么把握呢?也就是說,我要怎么樣知道現在轉子轉動到什么位置?知道轉子在哪我才知道要通哪兩相的電啊。

    3.1. 電氣角度和機械角度關系

    機械角度就是電動機轉子實際轉過的角度。

    電氣角度和機械角度的關系與轉子的極對數有關。

    因為實際上線圈生成的磁場要吸引的是轉子的磁極。所以對于電機的轉動控制來說,我們只關心電氣角度就好。

    電氣角度 = 極對數 x 機械角度

    4. 無刷直流電機的轉速和旋轉方向

    4.1. 怎樣控制無刷直流電機轉動的方向?

    改變電流換向的次序即可。讓線圈合成的磁場方向反方向旋轉起來。

    4.2. 怎樣控制無刷直流電機的轉速?

    線圈兩端的電壓越大,通過線圈的電流越大,生成磁場越強,轉子轉動得就越快。

    因為接的電源是直流的,所以我們通常用PWMPulse Width Modulation,脈沖寬度調制)來控制線圈兩端電壓的大小。PWM的簡單原理如下。

    所以給無刷直流電機通電的時候,用單片機產生的PWM不斷地控制FET的開合,能使線圈反復處于通電斷電,通電斷電的狀態。通電時間長(Duty大),線圈兩端的等效電壓就大,產生的磁場強度就強,轉子轉動就快;通電時間短(Duty?。?,線圈兩端的等效電壓就小,產生的磁場強度就弱,轉子轉動就慢。

    PWM波形接到FETGate(門極)上,控制FET的開合。假設Gate上的電壓為高時,FET閉合導通;Gate上的電壓為低時,FET斷開不通電。

    而且同一相上的上下兩個FET須由反相的PWM波形控制,以防止上下兩個FET同時導通,造成電流不通過電機而上下相同,造成短路??刂?/span>FETPWM波形如下。

    綜上,無刷直流電機的關鍵有三點:

    線圈繞組電流的換向順序。電流的換向順序決定了由線圈產生的磁場的旋轉方向,從而決定了轉子的轉動方向。

    霍爾傳感器或其它手段來估計永磁體轉子所處的位置,用于決定電流什么時候換向。

    使用單片機產生的PWM波形來控制電機繞組的通電時間,來控制轉子轉動的速度。

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