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    無刷直流電機控制方面的知識點有哪些?

    作者: 深圳順力電機發表時間:2022-05-25 15:13:20瀏覽量:52

    今天,小編將為大家詳細聊聊無刷直流電機控制方面的知識點,大家請看詳情: 01. 概述 從簡單的鉆機到復雜的工業機器人,許多機器設備都使用無刷直流電機將電能轉換為旋轉運動。無刷直流電機也稱為BLDC電機,...

    今天,小編將為大家詳細聊聊無刷直流電機控制方面的知識點,大家請看詳情:

    01.

    概述

    從簡單的鉆機到復雜的工業機器人,許多機器設備都使用無刷直流電機將電能轉換為旋轉運動。無刷直流電機也稱為BLDC電機,相比有刷直流電機具備諸多優勢。BLDC電機更高效,所需的維護更少,因而已在許多應用中取代了有刷電機。

    兩類電機的運行原理相似,均由永磁體和電磁體的磁極吸引和排斥產生旋轉運動。但這些電機的控制方式卻大不相同。BLDC需要復雜的控制器才能將單個直流電源轉換為三相電壓,而有刷電機可以通過調節直流電壓來控制。

    02.

    直流電機的類型

    1、傳統有刷直流電機

    在有刷直流電機中,直流電流通過轉子的線圈繞組,使電磁體產生極性。這些轉子的磁極與固定永磁體(稱為定子)的磁極相互作用,從而使轉子旋轉。

    ? 轉子每轉動半圈之后,需要切換線圈繞組中的電流極性,以對調轉子磁極, 使電機保持旋轉狀態。

    ? 這種電流極性的切換被稱為換相。

    ? 換相通過機械方式實現:轉子旋轉的每個半圈中,電觸頭(稱為電刷)與轉子上的換相器連成一個回路。

    ? 這種物理接觸會導致電刷隨著時間推移而磨損,從而導致電機無法工作。

    2、無刷直流電機

    BLDC電機采用電子換相來代替機械換相,克服了有刷電機的上述缺陷。為了更好地理解這一點,有必要進一步了解BLDC電機結構。BLDC 電機與有刷電機構造相反,其永磁體安裝在轉子中,而線圈繞組則成為定子。

    電機的磁體布局不盡相同,定子可能具有不同數量的繞組,而轉子可能具有多個極對。

    3、仿真 BLDC 電機以觀察反電動勢曲線

    BLDC 電機和 PMSM的結構類似,其永磁體均置于轉子,并被定義為同步電機。在同步電機中,轉子與定子磁場同步,即轉子的旋轉速度與定子磁場相同。

    它們的主要區別在于其反電動勢(反 EMF)的形狀。電機在旋轉時充當發電機。也就是說,定子中產生感應電壓,與電機的驅動電壓反向。反電動勢是電機的重要特征,因為其形狀決定了對電機進行最優控制所需的算法。

    BLDC電機的設計使其反電動勢呈梯形,因此一般采用梯形換相控制。BLDC 梯形反電動勢 采用梯形換相控制。

    PMSM 的反電動勢呈正弦波形,因此采用磁場定向控制。PMSM 正弦反電動勢采用磁場定向控制。

    在電機控制領域,PMSM BLDC 這兩個術語有時會被混用,這可能導致對其反電動勢曲線的混淆。本文將 BLDC 電機嚴格限定為具有梯形反電動勢的電機。

    如果施加扭矩帶動轉子,電機將充當發電機。您可以測量 A 相電壓隨時間變化的情況,從而觀察電機的反電動勢形狀。電壓波形顯示 BLDC電機的反電動勢呈梯形,其中部分區域電壓持平。

    4、六步換相

    為了更好地理解施加外部電壓時 BLDC 電機的行為,我們將使用前面介紹的配置,其中轉子由單極對組成,而定子由夾角為 120 度的三個線圈組成。讓電流通過線圈,給線圈(此處稱為 A 相、B 相和 C 相)通電。轉子的北極用紅色表示,南極用藍色表示。

    一開始,線圈沒有通電,轉子處于靜止狀態。在A相與C相之間施加電壓,即會沿虛線產生復合磁場。這使轉子開始旋轉,從而與定子磁場對齊。

    線圈對共有六種通電方法,每次換相后,定子磁場相應旋轉,從而帶動轉子,使之旋轉至圖示位置。轉子角度是相對于水平軸而言的,轉子共有六種對齊方式,兩兩相差 60 度。

    也就是說,如果每 60 度以正確的相位執行一次換相,電機將連續旋轉,此類控制被稱為六步換相或梯形控制。

    5、電機和扭矩產生

    相同磁極相互排斥,從而使轉子逆時針旋轉。同時,相反磁極相互吸引,從而在同一方向增加扭矩。

    轉子完成60度旋轉后,發生下一次換相。

    BLDC電機中采用這種方式換相有兩個原因。首先,如果允許轉子和定子磁場完全對齊,此時產生的扭矩為零,這不利于旋轉。其次,磁場夾角為90度時可產生最大扭矩。因此,目標是使該夾角接近90度。

    6、三相逆變器的工作原理

    為了在六步換相過程中控制相位,可使用三相逆變器將直流電引導到三個相,從而在正(紅)負(藍)電流之間切換。為了向其中一個相供應正電流,需要打開連接到該相的高端開關,要供應負電流,則需要打開低端開關。

    那么有關無刷直流電機控制方面的知識點我們就講到這里了,希望對大家有所幫助~

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