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    您已經了解功率的作用:無刷直流電機控制的6個要素

    發布時間:2021-11-15 來源:Qorvo 責任編輯:wenwei

    【導讀】消費者對功率、可靠性、功能性和性能的需求不斷上升,推動著電子設備(包括剪草機、冰箱、真空吸塵器、汽車等)的快速發展。制造商希望實現全方位交付。電機控制在兌現這些承諾方面發揮著主要作用,而了解基本原理是實現這一目標的第一步。


    本博文包含節選自 《電機控制基礎lDummies 》電子書的摘錄,同時介紹了無刷直流 (BLDC) 電機管理的電機控制關鍵要素,以及如何在降低成本、節省空間和提高性能的同時,提高電機效率。您可以在 Qorvo 設計中心的電子讀物部分下載整本書。


    以下是本電子書中的一些亮點:


    1. 不同的電機類型


    當今可用的幾種電機控制拓撲結構:有刷、無刷直流 (BLDC)、步進和電感。BLDC 和永磁同步電機 (PMSM) 是兩種最密切相關的無刷電機類型。

     

    電機控制基礎Dummies


    無刷電機無需使用電機電刷,因而廣泛用于當今的許多應用中。這些 BLDC 拓撲結構使用換向邏輯來移動轉子,從而提高電機的效率和可靠性。


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    有刷電機中的換向由電刷/換向器接口實現。該接口會產生摩擦和電弧,隨著時間的推移會降低電刷的性能。這種摩擦會產生熱量并縮短電機的使用壽命。


    與有刷電機相比,BLDC 電機有許多優點。它們更節能、更小巧、更輕便、更安靜、更可靠、更耐用。此外,它們還提供精確的速度控制,更適合變速應用。  

     

    2. 了解 BLDC 和 PMSM 類型的電機


    BLDC 和 PMSM 電機的工作原理與同步電機相同。轉子在每次換向時都會繼續跟隨定子轉動,所以電機能夠持續運轉。然而,這兩種直流電機的定子繞組采用不同的幾何形狀,因此可產生不同的反電動勢 (BEMF) 響應。BLDC BEFM 為梯形。PMSM 電機的 BEMF 則為正弦曲線形,因此線圈繞組以正弦方式纏繞。為最大限度地提高性能,這些電極通常采用正弦波換向。


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    BLDC 和 PMSM 電機在運行時通過其繞組產生電動勢。在任何電機中,由于運動,產生的 EMF 稱為反電動勢 (BEMF),這是因為電機中感應的電動勢與發電機的電動勢相反。 

     

    3. 磁場定向控制說明


    為實現控制 PMSM 電機的正弦波形,需要使用磁場定向控制 (FOC) 算法。FOC 通常用于最大限度地提高 PMSM 三相電機的效率。與 BLDC 的梯形控制器相比,PMSM 的正弦控制器更為復雜,成本也更高。然而,成本的增加也帶來了一些優勢,如減少了電流波形中的噪聲和諧波。BLDC 的主要優勢是更易于控制。最后,最好根據應用需求來選擇電機。 

     

    4. 帶傳感器和不帶傳感器的 BLDC 和 PMSM 電機


    BLDC 和 PMSM 電機可帶傳感器,也可不帶傳感器。帶傳感器的電機適用于需要在負載條件下起動電機的應用。這些電機使用霍爾傳感器,傳感器嵌入電極定子中。從本質上說,傳感器就是一種開關,其數字輸出等同于檢測到的磁場極性。電機的每個相都需要使用一個單獨的霍爾傳感器。因此,三相電機需要三個霍爾傳感器。不帶傳感器的電機需要將電機用作傳感器,采用算法來運行。它們依賴于 BEMF 信息。通過對 BEMF 進行采樣,可推斷出轉子的位置,從而無需使用基于硬件的傳感器。無論電機的拓撲結構如何,控制這些機器需要了解轉子位置,這樣電機才能有效換向。


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    5. 電機控制軟件算法


    如今,計算機程序之類的軟件算法(即為執行具體任務而設計的一組指令)開始用于控制 BLDC 和 PMSM 電機。這些軟件算法通過監控電機運行來提高電機效率,降低運行成本。算法中的一些主要功能包括電機初始化、霍爾傳感器位置檢測以及用于提高或降低電流基準的開關信號檢查。 

     

    6. 控制器如何處理電機傳感器信息


    三相 BLDC 電機具有 6 種狀態。如下圖所示,三位代碼可用于表示 1 至 6 之間的操作碼編號。傳感器用于通過 8 個操作碼中的 6 個操作碼(1 至 6)提供三位數據輸出。該信息非常有用,因為控制器可確定何時發出了非法操作碼,并根據合法操作碼(1 至 6)執行操作。如下圖所示,算法獲取霍爾傳感器操作碼,并對其進行解碼。當霍爾傳感器操作碼值發生變化時,控制器就會改變送電方案,以實現換向。微控制器使用操作碼從查找表中提取送電信息。在使用新的扇區命令給三相逆變器送電后,磁場轉移至新位置,同時推動著轉子沿著移動方向運動。電機運轉時會不斷重復此過程。


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    以上內容節選自 Qorvo Motor Control For Dummies。歡迎大家下載我們的免費電子讀物,以獲取更多有關電源管理的見解。



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