Pirmiausia pakalbėkime apie pagrindinį variklio principą. Pagrindinius dalykus galima praleisti tiesiogiai.
Visi vaikystėje žaidė su magnetais. Skirtingi poliai traukia vienas kitą, o du magnetai susidūrė vos priartėję.
Dabar tarkime, kad jūsų rankos yra pakankamai greitos, kad suviliotų prieš jus vienu magnetu, o kitas magnetas visą laiką seka jus.
Jūs laikote magnetą rankoje ir piešiate apskritimus, o kitas magnetas seka jus apskritimais.
Aukščiau pateiktas pagrindinis variklio sukimosi principas. Tiesiog viliojimui naudojamas „magnetas“ yra ne tikras magnetas, o magnetinis laukas, kurį sukuria įjungta ritė.
1. Bešepetėlio nuolatinės srovės variklio pristatymas
Brushless DC variklis, angliška santrumpa yra BLDC (Brushless Direct Current Motor). Variklio statorius (judančioji dalis) yra ritė arba apvija. Rotorius (dalis, kuri sukasi) yra nuolatinis magnetas, kuris yra magnetas. Atsižvelgiant į rotoriaus padėtį, vieno lusto mikrokompiuteris naudojamas kiekvienos ritės įjungimui valdyti, kad ritės generuojamas magnetinis laukas pasikeistų, kad priekyje esantis rotorius nuolat viliotų, kad rotorius suktųsi. Tai yra bešepetėlio nuolatinės srovės variklio sukimosi principas. Pasinerkime.
2. Pagrindinis bešepetėlio nuolatinės srovės variklio veikimo principas
2.1. Bešepetėlio nuolatinės srovės variklio konstrukcija
Pirmiausia pradėkime nuo paprasčiausių ritinių.
Kaip parodyta žemiau. Ritė gali būti suprantama kaip kažkas, kas auga kaip spyruoklė. Pagal vidurinėje mokykloje išmoktą dešinės rankos spiralės taisyklę, kai srovė teka iš ritės viršaus į apačią, viršutinis ritės poliškumas yra N, o apatinis – S.
Dabar padarykite kitą tokią ritę. Tada susitvarkykite poziciją. Tokiu būdu, jei srovė praeis per jį, ji veiks taip, tarsi būtų du elektromagnetai.
Gaukite kitą, kad suformuotumėte trifazę variklio apviją.
Sujungtas su rotoriumi, pagamintu iš nuolatinių magnetų, tai yra nuolatinės srovės variklis be šepetėlių.
2.2. Bešepetėlio nuolatinės srovės variklio srovės komutavimo grandinė
Priežastis, kodėl bešepetėlis nuolatinės srovės variklis naudoja tik nuolatinę srovę, o ne šepečius, yra ta, kad yra išorinė grandinė, skirta specialiai valdyti jo ritių įjungimą. Pagrindinis šios srovės komutavimo grandinės komponentas yra FET (lauko efekto tranzitorius). AKT gali būti laikomas jungikliu. Toliau pateiktoje diagramoje FET pažymėti kaip AT (A fazės viršuje), AB (A fazės apačioje), BT, BB, CT, CB. FET „atidarymą ir uždarymą“ valdo mikrovaldiklis.
2.3. Bešepetėlio nuolatinės srovės variklio srovės komutavimo procesas
FET „atidarymo ir uždarymo“ laiką valdo mikrovaldiklis. Dažniausiai naudojamas dabartinis komutavimo metodas yra šešių žingsnių komutavimas, kuris verčiamas kaip „šešių žingsnių komutavimas“. Dabar sukurkite koordinačių sistemą. Šešių žingsnių komutavimo procesas yra toks.
2.4. Kaip sukasi bešepetėlio nuolatinės srovės variklio rotorius?
Jis remiasi šešių pakopų komutavimu, kad sukurtų besisukantį magnetinį lauką, kuris nuolat vilioja priešais rotorių. Visai kaip ranka straipsnio pradžioje laikanti magnetą ir piešianti apskritimus. Jei pažvelgsite į gaunamą magnetinio lauko kryptį ir kur yra rotorius, iš pirmo žvilgsnio viskas aišku.
Matote, gauto magnetinio lauko S polius laukė priešais rotoriaus N polių.
Kol suvokiamas ritės įjungimo laikas, sintetinio magnetinio lauko kryptis visada yra prieš rotoriaus padėtį, o rotorius visada seks.
3. Kaip nustatyti komutacijos laiką?
Kaip minėta aukščiau, norint valdyti rotoriaus sukimąsi, svarbiausia yra komutuoti srovę, praeinančią per ritę, kai rotorius pasisuka atitinkamu kampu, kad pasikeistų generuojamo magnetinio lauko kryptis, pritraukdama rotorių ir priversdama rotorių suktis. .
Kaip reikėtų suvokti šio dabartinio komutavimo laiką? Tai yra, kaip sužinoti, kur dabar sukasi rotorius? Tik tada, kai žinau, kur yra rotorius, galiu žinoti, prie kurios dvifazės elektros jungtis.
Tiesą sakant, yra daug būdų įvertinti rotoriaus padėtį, naudojant jutiklį arba be jo. Pirmiausia pakalbėkime apie jutiklį, o jutiklis paprastai naudoja Hall jutiklį.
3.1. Patvirtinkite rotoriaus padėtį jutikliu
3.1.1. Salės jutikliai
Holo jutikliai gali aptikti magnetinio lauko stiprumo pokyčius per Holo efektą. Pagal vidurinės mokyklos fizikoje išmoktą kairės rankos taisyklę (naudojamą įkrauto laidininko jėgos krypčiai magnetiniame lauke nustatyti), kilpoje, kurioje yra Holo jutiklis, magnetinis laukas nukreipia įkrautų dalelių judėjimą, o įkrautos dalelės „attrenkia“ į salę Tarp dviejų jutiklio pusių yra potencialų skirtumas. Šiuo metu prie abiejų Holo jutiklio pusių galima prijungti voltmetrą, kad būtų galima aptikti šį įtampos pokytį ir taip aptikti magnetinio lauko stiprumo pokytį. Principas parodytas paveikslėlyje žemiau.
3.1.2. Kaip Holo jutikliai nustato rotoriaus padėtį?
Su Hall jutikliu galima apytiksliai žinoti rotoriaus padėtį. Salės jutikliai paprastai montuojami kas 120 laipsnių arba kas 60 laipsnių. Toliau daroma prielaida, kad įrengimas atliekamas kas 120 laipsnių.
Daroma prielaida, kad kai rotoriaus N polius kerta Holo jutiklio jutimo sritį, Holo jutiklio išėjimo įtampa yra aukšta (dažniausiai 5 V). Priešingu atveju jis yra žemas.
Pagal HA, HB ir HC lygius galima žinoti rotoriaus padėties kampą. Pavyzdžiui, jei HA yra didelis, HB yra mažas, o HC yra mažas, galime žinoti, kad rotorius yra elektriniu kampu nuo 180 laipsnių iki 240 laipsnių (sąryšis tarp elektrinio kampo ir tikrojo mechaninio kampo bus aptartas vėliau ). Naudojant 3 Hall jutiklius, skiriamoji geba yra 60 laipsnių elektrinio kampo. Tai reiškia, kad galiu žinoti tik tiek, kad dabartinė rotoriaus padėtis yra 60 laipsnių elektrinio kampo diapazone, bet tiksliai nežinome, kiek laipsnių.
3.1.3. Elektrinių ir mechaninių kampų ryšys
Nors šiek tiek keista čia įterpti tokias mažas žinias, bet vis tiek jaučiuosi būtina, nes mokydamasi jaučiau, kad tai buvo nelengva suprasti. Čia gali būti lengviau suprasti Hallo jutiklio pavyzdį.
Mechaninis kampas yra kampas, kuriuo iš tikrųjų pasisuka variklio rotorius.
Ryšys tarp elektrinio kampo ir mechaninio kampo yra susijęs su rotoriaus polių porų skaičiumi.
Kadangi ritės sukuriamas magnetinis laukas iš tikrųjų pritraukia rotoriaus magnetinius polius. Taigi variklio sukimosi valdymui mums rūpi tik elektrinis kampas.
Elektrinis kampas=polių porų skaičius x mechaninis kampas
3.2. Rotoriaus padėties be jutiklio įvertinimo metodas
Ši duobė yra šiek tiek didelė, ir šis atsakymas bus praleistas pirmiausia.
4. Bešepetėlio nuolatinės srovės variklio sukimosi greitis ir sukimosi kryptis
4.4. Kaip valdyti nuolatinės srovės variklio be šepetėlių sukimosi kryptį?
Srovės komutavimo tvarka gali būti pakeista. Tegul ritės sintezuojamas magnetinis laukas sukasi priešinga kryptimi.
4.5. Kaip valdyti nuolatinės srovės variklio be šepetėlių greitį?
Kuo didesnė įtampa ritėje, tuo didesnė srovė per ritę, tuo stipresnis sukuriamas magnetinis laukas ir tuo greičiau sukasi rotorius.
Kadangi prijungtas maitinimas yra nuolatinės srovės, mes paprastai naudojame PWM (impulso pločio moduliaciją), kad valdytume įtampą visoje ritėje. Paprastas PWM principas yra toks.
Todėl, kai įjungiamas nuolatinės srovės variklis be šepetėlių, vieno lusto mikrokompiuterio generuojamas PWM naudojamas nuolat valdyti FET atidarymą ir uždarymą, kad būtų galima pakartotinai įjungti ir išjungti ritę. Jei energijos įjungimo laikas ilgas (Duty yra didelis), lygiavertė įtampa abiejuose ritės galuose bus didelė, generuojamo magnetinio lauko stiprumas bus stipresnis, o rotorius greitai suksis; jei įjungimo laikas trumpas (pareiga maža), lygiavertė įtampa abiejuose ritės galuose bus maža, o generuojamas magnetinio lauko stiprumas mažas. Kuo jis silpnesnis, tuo lėčiau sukasi rotorius.
PWM bangos forma yra prijungta prie FET vartų, kad būtų galima valdyti FET atidarymą ir uždarymą. Tarkime, kad kai įtampa ant vartų yra aukšta, FET yra uždarytas ir įjungtas; kai vartų įtampa žema, FET išjungiamas ir neįjungiamas.
Be to, toje pačioje fazėje esantys viršutiniai ir apatiniai FET turi būti valdomi priešingos fazės PWM bangų formomis, kad viršutinis ir apatinis FET nebūtų įjungiami tuo pačiu metu, todėl srovė netekėtų per variklį, o būtų tas pats aukštyn ir žemyn, todėl įvyksta trumpasis jungimas. PWM bangos forma, valdanti FET, yra tokia.
