Najprej se pogovorimo o osnovnem principu motorja. Osnove lahko neposredno preskočimo.
Vsi so se v mladosti igrali z magneti. Različni poli se privlačijo in magneta sta trčila takoj, ko sta se približala.
Recimo, da so vaše roke dovolj hitre, da z enim magnetom zvabijo predse, drugi magnet pa vam ves čas sledi.
Magnet držiš v roki in rišeš kroge, drugi magnet pa ti sledi v krogih.
Zgoraj je navedeno osnovno načelo vrtenja motorja. Samo »magnet«, ki se uporablja za zapeljevanje, ni pravi magnet, ampak magnetno polje, ki ga ustvarja tuljava pod napetostjo.
1. Uvedba brezkrtačnega enosmernega motorja
Brezkrtačni enosmerni motor, angleška okrajšava je BLDC (Brushless Direct Current Motor). Stator (gibljivi del) motorja je tuljava ali navitje. Rotor (del, ki se vrti) je trajni magnet, ki je magnet. Glede na položaj rotorja se mikroračunalnik z enim čipom uporablja za nadzor napajanja vsake tuljave, tako da se magnetno polje, ki ga ustvari tuljava, spreminja, tako da nenehno zapelje rotor spredaj, da se rotor vrti. To je princip vrtenja brezkrtačnega enosmernega motorja. Potopimo se noter.
2. Osnovno načelo delovanja brezkrtačnega enosmernega motorja
2.1. Zgradba brezkrtačnega enosmernega motorja
Začnimo najprej z najosnovnejšimi tuljavami.
Kot je prikazano spodaj. Tuljavo lahko razumemo kot nekaj, kar raste kot vzmet. V skladu s pravilom spirale desne roke, ki smo se ga naučili v srednji šoli, ko tok teče od vrha proti dnu tuljave, je zgornja polarnost tuljave N, spodnja pa S.
Zdaj naredite še eno takšno tuljavo. Nato se poigrajte s položajem. Na ta način, če tok teče skozenj, bo deloval, kot da obstajata dva elektromagneta.
Pridobite še eno, da oblikujete trifazno navitje motorja.
Skupaj z rotorjem iz trajnih magnetov je brezkrtačni enosmerni motor.
2.2. Tokovno komutacijsko vezje brezkrtačnega enosmernega motorja
Razlog, zakaj brezkrtačni enosmerni motor uporablja samo enosmerni tok in nobenih ščetk, je v tem, da obstaja zunanje vezje za poseben nadzor napajanja njegovih tuljav. Glavna komponenta tega tokovnega komutacijskega vezja je FET (tranzitor polja). FET si lahko predstavljamo kot stikalo. Spodnji diagram označuje FET kot AT (faza A zgoraj), AB (faza A spodaj), BT, BB, CT, CB. "Odpiranje in zapiranje" FET krmili mikrokrmilnik.
2.3. Trenutni komutacijski proces brezkrtačnega enosmernega motorja
Čas "odpiranja in zapiranja" FET-ja nadzira mikrokrmilnik. Najpogosteje uporabljena trenutna metoda komutacije je Six-step Commutation, kar v prevodu pomeni "komutacija v šestih korakih". Zdaj ustvarite koordinatni sistem. Postopek komutacije v šestih korakih je naslednji.
2.4. Kako se vrti rotor brezkrtačnega enosmernega motorja?
Zanaša se na šeststopenjsko komutacijo za ustvarjanje rotacijskega magnetnega polja, ki nenehno zapeljuje pred rotorjem. Tako kot roka na začetku članka drži magnet in riše kroge. Če pogledate rezultantno smer magnetnega polja in lokacijo rotorja, je jasno na prvi pogled.
Vidite, S pol rezultantnega magnetnega polja je čakal pred N polom rotorja.
Dokler je ugotovljen čas napajanja tuljave, je smer sintetičnega magnetnega polja vedno pred položajem rotorja in rotor mu bo vedno sledil.
3. Kako določiti čas komutacije?
Kot je navedeno zgoraj, je ključ do nadzora vrtenja rotorja komutacija toka, ki teče skozi tuljavo, ko se rotor obrne pod ustreznim kotom, tako da se spremeni smer ustvarjenega magnetnega polja, ki pritegne rotor in povzroči vrtenje rotorja. .
Kako je treba razumeti čas te trenutne komutacije? Se pravi, kako naj vem, kje se zdaj vrti rotor? Šele ko vem kje je rotor, lahko vem na katero dvofazno elektriko naj se priklopim.
Pravzaprav obstaja veliko načinov za presojo položaja rotorja, bodisi s senzorjem ali brez njega. Najprej se pogovorimo o senzorju, senzor pa običajno uporablja Hallov senzor.
3.1. Potrdite položaj rotorja s senzorjem
3.1.1. Hallovi senzorji
Hallovi senzorji lahko zaznajo spremembe jakosti magnetnega polja s pomočjo Hallovega učinka. Po pravilu leve roke, ki se ga naučimo pri fiziki v srednji šoli (ki se uporablja za določanje smeri sile nabitega prevodnika v magnetnem polju), v zanki, kjer se nahaja Hallov senzor, magnetno polje odklanja gibanje nabitih delcev, in nabiti delci "zadenejo" Hall. Med obema stranema senzorja obstaja potencialna razlika. V tem času lahko na obe strani Hallovega senzorja priključite voltmeter, da zaznate to spremembo napetosti in s tem zaznate spremembo jakosti magnetnega polja. Načelo je prikazano na spodnji sliki.
3.1.2. Kako Hallovi senzorji dobijo položaj rotorja?
S Hallovim senzorjem je mogoče približno poznati položaj rotorja. Hallovi senzorji so običajno nameščeni vsakih 120 stopinj ali vsakih 60 stopinj. Naslednje predvideva, da je namestitev vsakih 120 stopinj.
Predpostavlja se, da ko pol N rotorja prečka območje zaznavanja Hallovega senzorja, je izhodna napetost Hallovega senzorja visoka (običajno 5 V). Sicer je nizka.
Glede na ravni HA, HB in HC je mogoče poznati kot položaja rotorja. Na primer, če je HA visok, HB nizek in HC nizek, lahko vemo, da je rotor v električnem kotu med 180 in 240 stopinjami (razmerje med električnim kotom in dejanskim mehanskim kotom bo obravnavano kasneje ). Pri uporabi 3 Hallovih senzorjev je ločljivost 60 stopinj električnega kota. To pomeni, da lahko vem le, da je trenutni položaj rotorja v območju električnega kota 60 stopinj, vendar ne vemo natančno, koliko stopinj.
3.1.3. Razmerje med električnimi in mehanskimi koti
Čeprav je nekoliko nenavadno vstaviti tako majhno znanje sem, se mi vseeno zdi potrebno, ker se mi je zdelo, da ga ni bilo lahko razumeti, ko sem se učil. Morda bo lažje razumeti s primerom Hallovega senzorja tukaj.
Mehanski kot je kot, pod katerim se rotor motorja dejansko obrne.
Razmerje med električnim kotom in mehanskim kotom je povezano s številom parov polov rotorja.
Ker magnetno polje, ki ga ustvari tuljava, dejansko privlači magnetne pole rotorja. Torej za krmiljenje vrtenja motorja skrbimo samo za električni kot.
Električni kot=število parov polov x mehanski kot
3.2. Metoda za ocenjevanje položaja rotorja brez senzorja
Ta jama je nekoliko velika in ta odgovor bomo najprej preskočili.
4. Hitrost in smer vrtenja brezkrtačnega enosmernega motorja
4.4. Kako nadzirati smer vrtenja brezkrtačnega enosmernega motorja?
Vrstni red trenutne komutacije je mogoče spremeniti. Naj se magnetno polje, ki ga sintetizira tuljava, vrti v nasprotno smer.
4.5. Kako nadzirati hitrost brezkrtačnega enosmernega motorja?
Večja kot je napetost na tuljavi, večji je tok skozi tuljavo, močnejše je ustvarjeno magnetno polje in hitreje se rotor vrti.
Ker je priključna moč DC, običajno uporabljamo PWM (Pulse Width Modulation) za nadzor napetosti na tuljavi. Preprost princip PWM je naslednji.
Zato, ko je brezkrtačni enosmerni motor pod napetostjo, se PWM, ki ga ustvari mikroračunalnik z enim čipom, uporablja za neprekinjeno krmiljenje odpiranja in zapiranja FET, tako da se lahko tuljava večkrat napaja in izključuje. Če je čas napajanja dolg (Duty je velik), bo ekvivalentna napetost na obeh koncih tuljave velika, moč ustvarjenega magnetnega polja bo močnejša in rotor se bo hitro vrtel; če je čas napajanja kratek (dolžnost je majhna), bo ekvivalentna napetost na obeh koncih tuljave majhna in ustvarjena jakost magnetnega polja bo majhna. Čim šibkejši je, tem počasneje se vrti rotor.
Valovna oblika PWM je povezana z vrati FET za nadzor odpiranja in zapiranja FET. Predpostavimo, da je FET zaprt in vklopljen, ko je napetost na vratih visoka; ko je napetost na vratih nizka, je FET izklopljen in ni pod napetostjo.
Poleg tega morajo biti zgornji in spodnji FET-ji na isti fazi krmiljeni z nasprotnofaznimi valovnimi oblikami PWM, da se prepreči hkratni vklop zgornjega in spodnjega FET-ja, kar povzroči, da tok ne teče skozi motor, ampak je enako gor in dol, kar povzroči kratek stik. Valovna oblika PWM, ki krmili FET, je naslednja.
