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    直流無(wú)刷電機(jī)換向方法:霍爾效應(yīng)傳感器、編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器

    點(diǎn)擊次數(shù):  更新時(shí)間:2019-3-7 16:48:49  【打印此頁(yè)


     直流無(wú)刷電機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng) BLDC電機(jī))是一種采用直流電源并通過(guò)外部電機(jī)控制器控制實(shí)現(xiàn)電子換向的電機(jī)。

    在深入探索 BLDC電機(jī)反饋選項(xiàng)之前,先了解為什么需要它們至關(guān)重要。BLDC電機(jī)可配置為單相、兩相和三相;其中最常用的配置為三相。相數(shù)與定子繞組數(shù)相匹配,而轉(zhuǎn)子磁極數(shù)根據(jù)應(yīng)用需求的不同可以是任意數(shù)量。 因?yàn)?/span> BLDC 電機(jī)的轉(zhuǎn)子受旋轉(zhuǎn)的定子磁極影響,所以須追蹤定子磁極位置,以有效驅(qū)動(dòng)三個(gè)電機(jī)相。 為此,需使用電機(jī)控制器在三個(gè)電機(jī)相上生成六步換向模式。 這六步(或換向相)移動(dòng)電磁場(chǎng),進(jìn)而使轉(zhuǎn)子永磁體移動(dòng)電機(jī)軸。

     

    通過(guò)采用這種標(biāo)準(zhǔn)直流無(wú)刷電機(jī)換向序列,無(wú)刷電機(jī)控制器即可利用高頻率脈寬調(diào)制 (PWM) 信號(hào),有效降低電機(jī)承受的平均電壓,從而改變電機(jī)速度。 除此之外,這種設(shè)置通過(guò)讓一個(gè)電壓源用于各種各樣的電機(jī),大大提升了設(shè)計(jì)靈活性,即使直流電壓源大大高出電機(jī)額定電壓的情況也不例外。 為了讓此系統(tǒng)保持相對(duì)于有刷技術(shù)的效率優(yōu)勢(shì),在直流無(wú)刷電機(jī)和控制器之間需要安裝非常嚴(yán)格的控制回路。 反饋技術(shù)的重要性就體現(xiàn)在這里;控制器要能保持對(duì)電機(jī)的精確控制,它必須始終掌握定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子的確切位置。預(yù)期和實(shí)際位置出現(xiàn)任何非對(duì)準(zhǔn)或相移可能會(huì)導(dǎo)致意想不到的情況及性能下降。針對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)換向可采用許多方式來(lái)實(shí)現(xiàn)這種反饋,不過(guò)最常見(jiàn)的方式是使用霍爾效應(yīng)傳感器、編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器。另外,某些應(yīng)用也會(huì)依靠無(wú)傳感器換向技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)反饋。

     

    位置反饋

    直流無(wú)刷電機(jī)誕生以來(lái),霍爾效應(yīng)傳感器一直是實(shí)現(xiàn)換向反饋的主力。 因三相控制僅需要三個(gè)傳感器且單位成本較低,所以單純從BOM成本角度來(lái)看,它們往往是實(shí)現(xiàn)換向最經(jīng)濟(jì)的選擇。電機(jī)定子中嵌入了檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的霍爾效應(yīng)傳感器,這樣就可以切換三相電橋中的晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。三個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器輸出一般標(biāo)記為 UV W 通道。 雖然霍爾效應(yīng)傳感器能夠有效解決 BLDC 電機(jī)換向問(wèn)題,但它們僅僅滿足了 BLDC 系統(tǒng)一半所需。

     

    雖然霍爾效應(yīng)傳感器能使控制器驅(qū)動(dòng)直流無(wú)刷電機(jī),但遺憾的是,其控制僅限于速度和方向。 在三相電機(jī)中,霍爾效應(yīng)傳感器只能在每個(gè)電循環(huán)內(nèi)提供角度位置。 隨著磁極對(duì)數(shù)量的增加,每次機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的電循環(huán)數(shù)量也增加,而且隨著 BLDC 的使用變得更加普及,對(duì)精確位置傳感的需求也由此增加。 為確保解決方案穩(wěn)健且完整,BLDC 系統(tǒng)應(yīng)提供實(shí)時(shí)位置信息,從而使得控制器不僅可以追蹤速度和方向,還可以追蹤行程距離和角度位置。

     

    為滿足對(duì)更嚴(yán)格位置信息的需求,常用的解決方案是向直流無(wú)刷電機(jī)添加增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。 通常,除霍爾效應(yīng)傳感器之外,還會(huì)在相同的控制反饋回路系統(tǒng)中添加增量編碼器。 其中霍爾效應(yīng)傳感器用于電機(jī)換向,而編碼器則用于更加精確地追蹤位置、旋轉(zhuǎn)、速度和方向。 由于霍爾效應(yīng)傳感器僅在每個(gè)霍爾狀態(tài)變化時(shí)提供新的位置信息,所以其精度只達(dá)到每一電力循環(huán)六個(gè)狀態(tài);而對(duì)雙極電機(jī)而言,僅為每一機(jī)械循環(huán)六個(gè)狀態(tài)。 與能提供分辨率以數(shù)千 PPR(每轉(zhuǎn)脈沖數(shù))計(jì)的增量編碼器(可解碼為狀態(tài)變化次數(shù)的四倍)相比,兩者均需的必要性就顯而易見(jiàn)了。


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