Razgovarajmo prvo o osnovnom principu motora. Osnove se mogu izravno preskočiti.
Svi su se igrali magnetima kad su bili mladi. Različiti polovi privlače jedan drugoga, a dva su se magneta sudarila čim su se približila.
Sada pretpostavimo da su vam ruke dovoljno brze da jednim magnetom mame ispred sebe, a drugi vas magnet prati cijelo vrijeme.
Držite magnet u ruci i crtate krugove, a drugi magnet vas prati u krugovima.
Ovo je osnovni princip rotacije motora. Samo što "magnet" koji se koristi za zavođenje nije pravi magnet, već magnetsko polje koje stvara zavojnica pod naponom.
1. Uvođenje istosmjernog motora bez četkica
DC motor bez četkica, engleska kratica je BLDC (Brushless Direct Current Motor). Stator (pokretni dio) motora je zavojnica ili namot. Rotor (dio koji se okreće) je stalni magnet, koji je magnet. U skladu s položajem rotora, mikroračunalo s jednim čipom koristi se za kontrolu pokretanja svake zavojnice, tako da se magnetsko polje koje generira zavojnica mijenja, tako da neprekidno zavodi rotor na prednjoj strani kako bi se rotor okrenuo. Ovo je princip rotacije istosmjernog motora bez četkica. Zaronimo.
2. Osnovni princip rada istosmjernog motora bez četkica
2.1. Struktura istosmjernog motora bez četkica
Počnimo prvo s najosnovnijim zavojnicama.
Kako je prikazano dolje. Zavojnicu možemo shvatiti kao nešto što raste poput opruge. Prema pravilu spirale desne ruke koje smo naučili u nižoj srednjoj školi, kada struja teče od vrha prema dnu zavojnice, gornji polaritet zavojnice je N, a donji polaritet je S.
Sada napravite još jednu zavojnicu poput ove. Zatim igrajte s položajem. Na taj način, ako struja prolazi kroz njega, ponašat će se kao da postoje dva elektromagneta.
Nabavite još jedan za formiranje trofaznog namota motora.
Zajedno s rotorom od trajnih magneta, to je DC motor bez četkica.
2.2. Strujni komutacijski krug istosmjernog motora bez četkica
Razlog zašto istosmjerni motor bez četkica koristi samo istosmjernu struju i nema četkica je taj što postoji vanjski krug za specifičnu kontrolu napajanja njegovih zavojnica. Glavna komponenta ovog strujnog komutacijskog kruga je FET (Tranzitor s efektom polja). FET se može smatrati prekidačem. Donji dijagram označava FET-ove kao AT (A-faza na vrhu), AB (A-faza na dnu), BT, BB, CT, CB. "Otvaranjem i zatvaranjem" FET-a upravlja mikrokontroler.
2.3. Proces komutacije struje istosmjernog motora bez četkica
Vrijeme "otvaranja i zatvaranja" FET-a kontrolira mikrokontroler. Najčešće korištena metoda komutacije struje je Six-step Commutation, što se prevodi kao "komutacija u šest koraka". Sada stvorite koordinatni sustav. Proces komutacije u šest koraka je sljedeći.
2.4. Kako se okreće rotor istosmjernog motora bez četkica?
Oslanja se na komutaciju u šest koraka za generiranje rotirajućeg magnetskog polja koje neprestano zavodi ispred rotora. Baš kao ruka na početku članka koja drži magnet i crta krugove. Ako pogledate rezultantni smjer magnetskog polja i gdje se nalazi rotor, jasno je na prvi pogled.
Vidite, S pol rezultirajućeg magnetskog polja čekao je ispred N pola rotora.
Sve dok se uhvati vrijeme pokretanja zavojnice, smjer sintetičkog magnetskog polja uvijek je ispred položaja rotora, a rotor će ga uvijek slijediti.
3. Kako odrediti vrijeme komutacije?
Kao što je gore spomenuto, ključ za kontrolu rotacije rotora je komutacija struje koja prolazi kroz zavojnicu kada se rotor okrene pod odgovarajućim kutom, tako da se smjer generiranog magnetskog polja mijenja, privlačeći rotor i tjerajući ga da rotira .
Kako bi trebalo shvatiti vrijeme ove trenutne komutacije? Odnosno, kako da znam gdje se sada rotor okreće? Tek kad znam gdje je rotor, mogu znati na koju dvofaznu struju spojiti.
Zapravo, postoji mnogo načina za procjenu položaja rotora, bilo sa senzorom ili bez senzora. Razgovarajmo prvo o senzoru, a senzor općenito koristi Hallov senzor.
3.1. Senzorom potvrdite položaj rotora
3.1.1. Hallovi senzori
Hallovi senzori mogu otkriti promjene u jakosti magnetskog polja kroz Hallov efekt. Prema pravilu lijeve ruke koje se uči u srednjoškolskoj fizici (koristi se za određivanje smjera sile nabijenog vodiča u magnetskom polju), u petlji gdje se nalazi Hallov senzor, magnetsko polje skreće gibanje nabijenih čestica, tj. a nabijene čestice "pogađaju" Hall Između dviju strana senzora postoji razlika potencijala. U ovom trenutku, voltmetar se može spojiti na obje strane Hallovog senzora kako bi se otkrila ova promjena napona, čime se detektira promjena jakosti magnetskog polja. Princip je prikazan na slici ispod.
3.1.2. Kako Hallovi senzori dobivaju položaj rotora?
Pomoću Hall senzora može se okvirno znati položaj rotora. Hallovi senzori općenito se postavljaju svakih 120 stupnjeva ili svakih 60 stupnjeva. Sljedeće pretpostavlja da je instalacija svakih 120 stupnjeva.
Pretpostavlja se da je izlazni napon Hallovog senzora visok (općenito 5 V), kada N pol rotora prijeđe područje osjeta Hallovog senzora. Inače je nizak.
Prema razinama HA, HB i HC može se znati kut položaja rotora. Na primjer, ako je HA visok, HB nizak, a HC nizak, možemo znati da je rotor u električnom kutu između 180 stupnjeva i 240 stupnjeva (odnos između električnog kuta i stvarnog mehaničkog kuta raspravljat ćemo kasnije ). Kada koristite 3 Hall senzora, rezolucija je 60 stupnjeva električnog kuta. Odnosno, mogu samo znati da je trenutni položaj rotora unutar raspona električnog kuta od 60 stupnjeva, ali ne znamo točno koliko stupnjeva.
3.1.3. Odnos između električnih i mehaničkih kutova
Iako je malo čudno ubaciti tako malo znanja ovdje, ipak osjećam da je potrebno jer sam osjećao da to nije lako razumjeti dok sam učio. Možda će to biti lakše razumjeti na primjeru Hallovog senzora ovdje.
Mehanički kut je kut koji rotor motora stvarno okreće.
Odnos između električnog kuta i mehaničkog kuta povezan je s brojem pari polova rotora.
Budući da magnetsko polje koje stvara zavojnica zapravo privlači magnetske polove rotora. Dakle, za kontrolu rotacije motora, brinemo samo o električnom kutu.
Električni kut=broj pari polova x mehanički kut
3.2. Metoda za procjenu položaja rotora bez senzora
Ova jama je malo velika, pa ćemo prvo preskočiti ovaj odgovor.
4. Brzina vrtnje i smjer vrtnje istosmjernog motora bez četkica
4.4. Kako kontrolirati smjer vrtnje istosmjernog motora bez četkica?
Redoslijed trenutne komutacije se može promijeniti. Neka magnetsko polje sintetizirano zavojnicom rotira u suprotnom smjeru.
4.5. Kako kontrolirati brzinu istosmjernog motora bez četkica?
Što je veći napon na zavojnici, to je veća struja kroz zavojnicu, jače je generirano magnetsko polje i brže se okreće rotor.
Budući da je priključena snaga istosmjerna, obično koristimo PWM (Pulse Width Modulation) za kontrolu napona na zavojnici. Jednostavan princip PWM je sljedeći.
Stoga, kada je istosmjerni motor bez četkica pod naponom, PWM koji generira mikroračunalo s jednim čipom koristi se za kontinuiranu kontrolu otvaranja i zatvaranja FET-a, tako da se zavojnica može opetovano napajati i ispuštati iz napona. Ako je vrijeme punjenja dugo (Duty je velik), ekvivalentni napon na oba kraja zavojnice bit će velik, snaga generiranog magnetskog polja bit će jača, a rotor će se brzo okretati; ako je vrijeme punjenja kratko (Duty je mali), ekvivalentni napon na oba kraja zavojnice bit će mali, a generirana jakost magnetskog polja bit će mala. Što je slabiji, to se rotor sporije okreće.
PWM valni oblik povezan je s vratima FET-a za kontrolu otvaranja i zatvaranja FET-a. Pretpostavimo da kada je napon na vratima visok, FET je zatvoren i uključen; kada je napon na vratima nizak, FET je isključen i nije pod naponom.
Osim toga, gornji i donji FET-ovi na istoj fazi moraju biti kontrolirani PWM valnim oblicima suprotne faze kako bi se spriječilo da se gornji i donji FET-ovi uključe u isto vrijeme, uzrokujući da struja ne prolazi kroz motor, već da bude isto gore i dolje, što dovodi do kratkog spoja. PWM valni oblik koji kontrolira FET je sljedeći.
