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    無刷直流電機如何控制?


    在微型直流電機應用中,有刷直流電機和無刷直流電機各占據了半壁江山,有刷直流電機以低成本、控制簡單、扭矩大為特點,被廣泛應用,而無刷直流電機一直被認為成本高、控制復雜,那么無刷直流電機控制到底有多復雜呢?下面天孚微電機來聊一聊無刷直流電機的控制。
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    ?無刷空心杯電機
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    無刷直流電機的基本介紹:無刷直流電機與有刷直流電機的不同之處在于沒有換向器與電刷,減少了磨損,采用電子換向使直流電機的效率也大大了提升(約百分之二三十左右)。而控制的復雜也導致了成本增加,直流電機電子整流需要監控電路來保證轉速和轉矩控制線圈的通電時間,保證直流電機運行的峰值效率。

      無論是何種直流電機,都是遵循電能轉換機械能的規律,電流在通過線圈時便會產生磁場,而第二個磁場的存在繞組上產生一個力達到最大時,導體在90°第二個字段。增加線圈的數量可以提高電機輸出和平滑輸出功率。

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      直流電機復雜的控制:目前,直流無刷電機常見的控制方式為PWM,也叫做脈寬調制控制,原理是通過將輸入的直流電壓轉換成調制的驅動電壓,PWM控制可提供精確的控制速度和扭矩,它的是在高頻率發生的開關損耗和發生在低頻率的波紋電流之間的一種平衡,在極端情況下,會損壞電動機。通常,PWM頻率至少比最大電機轉速高一個數量級。
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      電子交換有三種控制方式,即梯形、正弦、磁場定向控制,其中梯形是最簡單的一種,但是缺點是會導致直流電機的扭矩波紋,尤其是在低轉速時比較明顯。正弦控制則更復雜一些,但是這種方式可以減小直流電機的轉矩脈動,輸出功率也更加平穩。磁場定向控制比較依賴測量和調整定子電流,這種控制方式比正弦更有效,動態負載變化比其他控制技術性能更好,幾乎是沒有轉矩脈動,更加平穩、精確的控制。
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      在使用梯型控制的直流電機中,其MOSFET的橋接開關必須在一個精確定義的序列中發生,才能使直流電機有效運行,而開關順序由轉子磁體和定子繞組的相對位置來決定。

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      傳感器與無傳感器直流電機:最為常見的是采用三個霍爾傳感器嵌入定子和安排在相等的時間間隔,一般是在60°、120°,無傳感器控制技術需要電氣連接。在配備傳感器的直流電機中,每個霍爾傳感器與一個開關相結合,開關會產生一個邏輯高或低型號,換向就是由霍爾傳感器和開關的邏輯型號組合成的,無論什么情況,至少會要有一個傳感器由一個轉子磁極觸發而產生一個電壓脈沖。

      無傳感器直流電機利用的是電動勢,電動勢傾向于阻抗電機的旋轉,被稱之為反電動勢,對于給定電機的固定磁通量和繞組數,電動勢與轉子的角速度成正比。通過對反電動勢的監測,用微控制器可以確定定子和轉子的相對位置,因此就不需要霍爾傳感器了,這也簡化了直流電機的結構,減少了直流電機線路的連接,也提高了可靠性。值得注意的是,直流電機在靜止時是不會產生反電動勢的,控制器就沒有辦法確定啟動時直流電機的位置,這就需要在開環配置中來啟動直流電機,直到控制器產生足夠的電動勢來確定轉子、定子的位置再進行接管。像一些禁用反向旋轉的直流電機,就需要更復雜的控制機制了,這時不多贅述。


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