Laten we het eerst hebben over het basisprincipe van de motor. De basis kan direct worden overgeslagen.
Iedereen heeft wel eens met magneten gespeeld toen ze jong waren. Verschillende polen trekken elkaar aan en de twee magneten kwamen met elkaar in botsing zodra ze elkaar naderden.
Stel nu dat je handen snel genoeg zijn om met de ene magneet voor je uit te lokken, en de andere magneet volgt je de hele tijd.
Je houdt de magneet in je hand en tekent cirkels, en de andere magneet volgt je in cirkels.
Het bovenstaande is het basisprincipe van motorrotatie. Het is alleen zo dat de "magneet" die wordt gebruikt om te verleiden geen echte magneet is, maar een magnetisch veld dat wordt gegenereerd door de spoel die wordt geactiveerd.
1. Introductie van borstelloze DC-motor:
Borstelloze DC-motor, Engelse afkorting is BLDC (Brushless Direct Current Motor). De stator (het bewegende deel) van de motor is de spoel of wikkeling. De rotor (het deel dat draait) is een permanente magneet, dat is een magneet. Afhankelijk van de positie van de rotor, wordt de microcomputer met één chip gebruikt om de bekrachtiging van elke spoel te regelen, zodat het magnetische veld dat door de spoel wordt gegenereerd, verandert, om de rotor aan de voorkant continu te verleiden om de rotor te laten draaien. Dit is het rotatieprincipe van de borstelloze gelijkstroommotor. Laten we erin duiken.
2. Het basiswerkingsprincipe van borstelloze DC-motor:
2.1. Structuur van borstelloze gelijkstroommotor:
Laten we eerst beginnen met de meest elementaire spoelen.
Zoals hieronder weergegeven. Een spoel kan worden opgevat als iets dat groeit als een veer. Volgens de rechtse spiraalregel die is geleerd op de middelbare school, wanneer de stroom van de bovenkant naar de onderkant van de spoel vloeit, is de bovenste polariteit van de spoel N en de onderste polariteit S.
Maak nu nog zo'n spoel. Ga dan aan de slag met de positie. Op deze manier, als de stroom er doorheen gaat, zal het werken alsof er twee elektromagneten zijn.
Haal er nog een om de driefasige wikkeling van de motor te vormen.
In combinatie met de rotor van permanente magneten is het een borstelloze gelijkstroommotor.
2.2. Huidig commutatiecircuit van borstelloze DC-motor
De reden waarom de borstelloze gelijkstroommotor alleen gelijkstroom gebruikt en geen borstels, is omdat er een extern circuit is om de bekrachtiging van de spoelen specifiek te regelen. Het belangrijkste onderdeel van dit stroomcommutatiecircuit is de FET (Field-Effect Transitor). Een FET kan worden gezien als een schakelaar. In het onderstaande diagram worden de FET's aangeduid als AT (A-fase boven), AB (A-fase onder), BT, BB, CT, CB. Het "openen en sluiten" van de FET wordt aangestuurd door de microcontroller.
2.3. Huidig commutatieproces van borstelloze gelijkstroommotor
De timing van "openen en sluiten" van de FET wordt geregeld door de microcontroller. De meest gebruikte huidige commutatiemethode is Six-step Commutatie, wat zich vertaalt als "zes-staps commutatie". Maak nu een coördinatensysteem. Het commutatieproces in zes stappen is als volgt.
2.4. Hoe draait de rotor van de borstelloze gelijkstroommotor?
Het is gebaseerd op commutatie in zes stappen om een roterend magnetisch veld te genereren dat continu voor de rotor verleidt. Net als de hand aan het begin van het artikel die de magneet vasthoudt en cirkels tekent. Als je kijkt naar de resulterende magnetische veldrichting en waar de rotor zich bevindt, is het in één oogopslag duidelijk.
Zie je, de S-pool van het resulterende magnetische veld heeft gewacht voor de N-pool van de rotor.
Zolang de timing van het bekrachtigen van de spoel wordt begrepen, loopt de richting van het synthetische magnetische veld altijd voor op de positie van de rotor en zal de rotor altijd volgen.
3. Hoe de timing van commutatie bepalen?
Zoals hierboven vermeld, is de sleutel tot het regelen van de rotatie van de rotor het omzetten van de stroom die door de spoel gaat wanneer de rotor in een geschikte hoek draait, zodat de richting van het gegenereerde magnetische veld verandert, de rotor aantrekt en de rotor laat draaien .
Hoe moet de timing van deze huidige commutatie worden begrepen? Dat wil zeggen, hoe weet ik waar de rotor nu draait? Pas als ik weet waar de rotor is, weet ik op welke tweefasige stroom ik moet aansluiten.
In feite zijn er veel manieren om de positie van de rotor te beoordelen, met of zonder sensor. Laten we het eerst over de sensor hebben, en de sensor gebruikt over het algemeen een Hall-sensor.
3.1. Bevestig de rotorpositie met de sensor
3.1.1. Hall-sensoren
Hall-sensoren kunnen veranderingen in magnetische veldsterkte detecteren via het Hall-effect. Volgens de linkerregel geleerd in de natuurkunde van de middelbare school (gebruikt om de krachtrichting van een geladen geleider in een magnetisch veld te bepalen), in de lus waar de Hall-sensor zich bevindt, buigt het magnetische veld de beweging van de geladen deeltjes af, en de geladen deeltjes "raken" de hal. Er is een potentiaalverschil tussen de twee zijden van de sensor. Op dit moment kan een voltmeter worden aangesloten op beide zijden van de Hall-sensor om deze spanningsverandering te detecteren, waardoor de verandering van de magnetische veldsterkte wordt gedetecteerd. Het principe is weergegeven in onderstaande figuur.
3.1.2. Hoe krijgen Hall-sensoren de rotorpositie?
Met de Hall-sensor is de positie van de rotor ongeveer bekend. Hall-sensoren worden over het algemeen elke 120 graden of elke 60 graden geïnstalleerd. Het volgende gaat ervan uit dat de installatie elke 120 graden is.
Aangenomen wordt dat wanneer de N-pool van de rotor het detectiegebied van de Hall-sensor kruist, de uitgangsspanning van de Hall-sensor hoog is (in het algemeen 5V). Anders is het laag.
Volgens de niveaus van HA, HB en HC kan de hoek van de positie van de rotor bekend zijn. Als HA bijvoorbeeld hoog is, HB laag en HC laag, kunnen we weten dat de rotor zich in een elektrische hoek tussen 180 graden en 240 graden bevindt (de relatie tussen de elektrische hoek en de feitelijke mechanische hoek wordt later besproken ). Bij gebruik van 3 Hall-sensoren is de resolutie 60 graden elektrische hoek. Dat wil zeggen, ik kan alleen weten dat de huidige positie van de rotor binnen het bereik van 60 graden elektrische hoek is, maar we weten niet precies hoeveel graden.
3.1.3. Relatie tussen elektrische en mechanische hoeken
Hoewel het een beetje vreemd is om zo'n kleine kennis hier in te voegen, voel ik nog steeds dat het nodig is omdat ik voelde dat het niet gemakkelijk te begrijpen was toen ik aan het leren was. Het is misschien gemakkelijker te begrijpen met het voorbeeld van de Hall-sensor hier.
De mechanische hoek is de hoek die de motorrotor daadwerkelijk draait.
De relatie tussen de elektrische hoek en de mechanische hoek is gerelateerd aan het aantal poolparen van de rotor.
Omdat het magnetische veld dat door de spoel wordt gegenereerd, in feite de magnetische polen van de rotor aantrekt. Dus voor de rotatiecontrole van de motor geven we alleen om de elektrische hoek.
Elektrische hoek=aantal poolparen x mechanische hoek
3.2. Methode voor het schatten van de rotorpositie zonder sensor
Deze put is een beetje groot en dit antwoord wordt als eerste overgeslagen.
4. Rotatiesnelheid en draairichting van de borstelloze gelijkstroommotor;
4.4. Hoe de draairichting van de borstelloze gelijkstroommotor regelen?
De volgorde van de huidige commutatie kan worden gewijzigd. Laat het magnetische veld dat door de spoel wordt gesynthetiseerd in de tegenovergestelde richting draaien.
4.5. Hoe de snelheid van een borstelloze DC-motor regelen?
Hoe groter de spanning over de spoel, hoe groter de stroom door de spoel, hoe sterker het opgewekte magnetische veld en hoe sneller de rotor draait.
Omdat het aangesloten vermogen gelijkstroom is, gebruiken we meestal PWM (Pulse Width Modulation) om de spanning over de spoel te regelen. Het eenvoudige principe van PWM is als volgt.
Daarom, wanneer de borstelloze gelijkstroommotor wordt bekrachtigd, wordt de PWM die wordt gegenereerd door de microcomputer met één chip gebruikt om het openen en sluiten van de FET continu te regelen, zodat de spoel herhaaldelijk kan worden geactiveerd en gedeactiveerd. Als de activeringstijd lang is (de plicht is groot), zal de equivalente spanning aan beide uiteinden van de spoel groot zijn, de sterkte van het gegenereerde magnetische veld zal sterker zijn en de rotor zal snel draaien; als de activeringstijd kort is (de belasting is klein), zal de equivalente spanning aan beide uiteinden van de spoel klein zijn en zal de gegenereerde magnetische veldsterkte klein zijn. Hoe zwakker het is, hoe langzamer de rotor draait.
De PWM-golfvorm is verbonden met de poort van de FET om het openen en sluiten van de FET te regelen. Neem aan dat wanneer de spanning op de Gate hoog is, de FET gesloten en ingeschakeld is; wanneer de spanning op de Gate laag is, is de FET uitgeschakeld en niet geactiveerd.
Bovendien moeten de bovenste en onderste FET's op dezelfde fase worden bestuurd door PWM-golfvormen met tegengestelde fase om te voorkomen dat de bovenste en onderste FET's tegelijkertijd worden ingeschakeld, waardoor de stroom niet door de motor gaat, maar de hetzelfde op en neer, wat resulteert in een kortsluiting. De PWM-golfvorm die de FET bestuurt, is als volgt.
