Давайте спочатку поговоримо про основний принцип роботи двигуна. Основи можна пропустити безпосередньо.
Кожен у дитинстві грав з магнітами. Різні полюси притягуються один до одного, і два магніти зіткнулися, як тільки вони наблизилися.
Тепер припустімо, що ваші руки досить швидкі, щоб заманити перед собою одним магнітом, а інший магніт слідує за вами весь час.
Ви тримаєте магніт у руці і малюєте кола, а інший магніт слідує за вами по колу.
Вище наведено основний принцип обертання двигуна. Просто «магніт», який використовується для спокушання, не є справжнім магнітом, а магнітним полем, створюваним котушкою під напругою.
1. Впровадження безщіткового двигуна постійного струму
Безщітковий двигун постійного струму, англійська абревіатура BLDC (Brushless Direct Current Motor). Статором (рухомою частиною) двигуна є котушка, або обмотка. Ротор (частина, яка обертається) - це постійний магніт, який є магнітом. Відповідно до положення ротора, однокристальний мікрокомп’ютер використовується для керування живленням кожної котушки, так що магнітне поле, створюване котушкою, змінюється, щоб безперервно спокушати ротор спереду, щоб ротор обертався. Це принцип обертання безщіткового двигуна постійного струму. Давайте зануримося.
2. Основний принцип роботи безщіткового двигуна постійного струму
2.1. Будова безщіткового двигуна постійного струму
Почнемо спочатку з найпростіших котушок.
Як показано нижче. Котушку можна розуміти як те, що росте, як пружина. Відповідно до правила правої спіралі, вивченого в молодшій школі, коли струм тече від верхньої до нижньої частини котушки, верхня полярність котушки — N, а нижня — S.
Тепер зробіть ще одну таку котушку. Потім пограйте з позицією. Таким чином, якщо струм проходить через нього, він діятиме так, ніби є два електромагніти.
Отримайте інший для формування трифазної обмотки двигуна.
У поєднанні з ротором, виготовленим з постійних магнітів, це безщітковий двигун постійного струму.
2.2. Схема комутації струму безщіткового двигуна постійного струму
Причина, чому безщітковий двигун постійного струму використовує лише постійний струм і не використовує щіток, полягає в тому, що існує зовнішня схема, яка спеціально контролює живлення його котушок. Основним компонентом цієї схеми комутації струму є польовий транзитор (польовий транзитор). FET можна розглядати як комутатор. На діаграмі нижче польові транзистори позначені як AT (верхня фаза А), AB (нижня фаза А), BT, BB, CT, CB. «Відкриття і закриття» польового транзистора контролюється мікроконтролером.
2.3. Процес комутації струму безщіткового двигуна постійного струму
Час «відкриття і закриття» польового транзистора контролюється мікроконтролером. Найбільш часто використовуваним методом комутації струму є Six-step Commutation, що перекладається як «шестиступенева комутація». Тепер створіть систему координат. Шестиетапний процес комутації виглядає наступним чином.
2.4. Як обертається ротор безщіткового двигуна постійного струму?
Він покладається на шестиступеневу комутацію для створення обертового магнітного поля, яке безперервно спокушає перед ротором. Так само, як рука на початку статті, яка тримає магніт і малює кола. Якщо ви подивитесь на напрямок результуючого магнітного поля та на те, де розташований ротор, це зрозуміло з першого погляду.
Бачите, S-полюс результуючого магнітного поля чекав перед N-полюсом ротора.
Поки визначено час активації котушки, напрямок синтетичного магнітного поля завжди випереджає положення ротора, і ротор завжди слідуватиме за ним.
3. Як визначити терміни комутації?
Як згадувалося вище, ключем до керування обертанням ротора є комутація струму, що проходить через котушку, коли ротор повертається на відповідний кут, так що напрям створеного магнітного поля змінюється, притягуючи ротор і змушуючи ротор обертатися .
Як слід зрозуміти час цієї поточної комутації? Тобто звідки мені знати, де зараз обертається ротор? Тільки тоді, коли я знаю, де знаходиться ротор, я можу знати, до якої двофазної електрики підключити.
Насправді існує багато способів визначити положення ротора за допомогою датчика або без нього. Давайте спочатку поговоримо про датчик, який зазвичай використовує датчик Холла.
3.1. Перевірте положення ротора датчиком
3.1.1. Датчики Холла
Датчики Холла можуть виявляти зміни напруженості магнітного поля через ефект Холла. Згідно з правилом лівої руки, вивченим у школі з фізики (використовується для визначення напрямку сили зарядженого провідника в магнітному полі), у петлі, де розташований датчик Холла, магнітне поле відхиляє рух заряджених частинок, і заряджені частинки «вдаряються» в Холл. Між двома сторонами датчика існує різниця потенціалів. У цей час вольтметр можна підключити до обох сторін датчика Холла, щоб виявити цю зміну напруги, таким чином виявляючи зміну напруженості магнітного поля. Принцип показаний на малюнку нижче.
3.1.2. Як датчики Холла визначають положення ротора?
За допомогою датчика Холла можна приблизно визначити положення ротора. Датчики Холла зазвичай встановлюються кожні 120 градусів або кожні 60 градусів. Далі передбачається, що установка виконується кожні 120 градусів.
Передбачається, що коли N-полюс ротора перетинає зону чутливості датчика Холла, вихідна напруга датчика Холла є високою (зазвичай 5 В). В іншому випадку він низький.
За рівнями HA, HB і HC можна дізнатися кут положення ротора. Наприклад, якщо HA високий, HB низький, а HC низький, ми можемо знати, що ротор знаходиться під електричним кутом між 180 і 240 градусами (зв’язок між електричним кутом і фактичним механічним кутом буде обговорено пізніше ). При використанні 3 датчиків Холла роздільна здатність становить 60 градусів електричного кута. Тобто я можу лише знати, що поточне положення ротора знаходиться в діапазоні електричного кута 60 градусів, але ми не знаємо, скільки саме градусів.
3.1.3. Співвідношення електричних і механічних кутів
Хоча це трохи дивно вставляти сюди такі невеликі знання, я все одно вважаю це необхідним, тому що я відчував, що це було нелегко зрозуміти, коли я навчався. Це може бути легше зрозуміти на прикладі датчика Холла.
Механічний кут - це кут, на який фактично повертається ротор двигуна.
Співвідношення між електричним кутом і механічним кутом пов’язане з кількістю пар полюсів ротора.
Оскільки магнітне поле, створюване котушкою, насправді притягує магнітні полюси ротора. Тому для керування обертанням двигуна ми дбаємо лише про електричний кут.
Електричний кут=кількість пар полюсів x механічний кут
3.2. Метод оцінки положення ротора без датчика
Ця яма трохи велика, і ця відповідь буде пропущена спочатку.
4. Швидкість і напрямок обертання безщіткового двигуна постійного струму
4.4. Як контролювати напрямок обертання безщіткового двигуна постійного струму?
Порядок комутації струму можна змінити. Нехай магнітне поле, синтезоване котушкою, обертається в протилежному напрямку.
4.5. Як контролювати швидкість безщіткового двигуна постійного струму?
Чим більша напруга на котушці, тим більший струм через котушку, тим сильніше створюється магнітне поле, і тим швидше обертається ротор.
Оскільки підключене живлення є постійним струмом, ми зазвичай використовуємо ШІМ (широтно-імпульсну модуляцію) для керування напругою на котушці. Простий принцип ШІМ полягає в наступному.
Тому, коли безщітковий двигун постійного струму подається під напругу, ШІМ, що генерується однокристальним мікрокомп’ютером, використовується для постійного керування відкриттям і закриттям польового транзистора, щоб котушку можна було неодноразово подавати під напругу та вимикати. Якщо час подачі живлення тривалий (Duty великий), еквівалентна напруга на обох кінцях котушки буде великою, сила генерованого магнітного поля буде сильнішою, і ротор обертатиметься швидко; якщо час подачі напруги короткий (Duty невеликий), еквівалентна напруга на обох кінцях котушки буде малою, а напруженість генерованого магнітного поля буде малою. Чим він слабший, тим повільніше обертається ротор.
Сигнал ШІМ підключається до затвора польового транзистора для керування відкриттям і закриттям польового транзистора. Припустимо, що коли напруга на затворі висока, польовий транзистор закритий і включений; коли напруга на затворі низька, польовий транзистор вимикається і не подається під напругу.
Крім того, верхній і нижній польовий транзистор на одній фазі повинні керуватися протифазними сигналами ШІМ, щоб запобігти одночасному ввімкненню верхнього і нижнього польових транзисторів, що призведе до того, що струм не пройде через двигун, а буде те саме вгору та вниз, що призводить до короткого замикання. Форма хвилі ШІМ, яка керує польовим транзистором, виглядає наступним чином.
