Hablemos primero del principio básico del motor. Los conceptos básicos se pueden omitir directamente.
Todo el mundo ha jugado con imanes cuando era joven. Los diferentes polos se atraen y los dos imanes chocaron tan pronto como se acercaron.
Ahora suponga que sus manos son lo suficientemente rápidas para atraer frente a usted con un imán, y el otro imán lo sigue todo el tiempo.
Sostienes el imán en tu mano y dibujas círculos, y el otro imán te sigue en círculos.
Lo anterior es el principio básico de la rotación del motor. Es solo que el "imán" utilizado para seducir no es un imán real, sino un campo magnético generado por la bobina energizada.
1. Introducción del motor de CC sin escobillas
Motor de CC sin escobillas, la abreviatura en inglés es BLDC (Motor de corriente continua sin escobillas). El estator (la parte móvil) del motor es la bobina o bobinado. El rotor (la parte que gira) es un imán permanente, que es un imán. De acuerdo con la posición del rotor, la microcomputadora de un solo chip se usa para controlar la activación de cada bobina, de modo que el campo magnético generado por la bobina cambie, para seducir continuamente al rotor en la parte delantera para hacer que el rotor gire. Este es el principio de rotación del motor CC sin escobillas. Sumerjámonos.
2. El principio de funcionamiento básico del motor de CC sin escobillas
2.1. Estructura del motor DC sin escobillas
Comencemos primero con las bobinas más básicas.
Como se muestra abajo. Una bobina puede entenderse como algo que crece como un resorte. De acuerdo con la regla de la espiral de la mano derecha aprendida en la escuela secundaria, cuando la corriente fluye de arriba hacia abajo de la bobina, la polaridad superior de la bobina es N y la polaridad inferior es S.
Ahora haz otra bobina como esta. Entonces juega con la posición. De esta forma, si la corriente pasa por él, actuará como si fueran dos electroimanes.
Obtenga otro para formar el devanado trifásico del motor.
Junto con el rotor de imanes permanentes, es un motor de corriente continua sin escobillas.
2.2. Circuito de conmutación de corriente del motor de CC sin escobillas
La razón por la que el motor de CC sin escobillas solo usa corriente continua y no tiene escobillas es porque hay un circuito externo para controlar específicamente la activación de sus bobinas. El componente principal de este circuito de conmutación de corriente es el FET (Field-Effect Transitor). Un FET puede considerarse como un interruptor. El siguiente diagrama etiqueta los FET como AT (parte superior de fase A), AB (parte inferior de fase A), BT, BB, CT, CB. La "apertura y cierre" del FET está controlada por el microcontrolador.
2.3. Proceso de conmutación actual del motor de CC sin escobillas
El tiempo de "apertura y cierre" del FET es controlado por el microcontrolador. El método de conmutación actual más utilizado es la conmutación de seis pasos, que se traduce como "conmutación de seis pasos". Ahora crea un sistema de coordenadas. El proceso de conmutación de seis pasos es el siguiente.
2.4. ¿Cómo gira el rotor del motor de CC sin escobillas?
Se basa en la conmutación de seis pasos para generar un campo magnético giratorio que seduce continuamente frente al rotor. Al igual que la mano al principio del artículo sosteniendo el imán y dibujando círculos. Si observa la dirección del campo magnético resultante y dónde se encuentra el rotor, está claro de un vistazo.
Verá, el polo S del campo magnético resultante ha estado esperando frente al polo N del rotor.
Siempre que se comprenda el momento de energizar la bobina, la dirección del campo magnético sintético siempre está por delante de la posición del rotor, y el rotor siempre lo seguirá.
3. ¿Cómo determinar el momento de la conmutación?
Como se mencionó anteriormente, la clave para controlar la rotación del rotor es conmutar la corriente que pasa a través de la bobina cuando el rotor gira en un ángulo apropiado, de modo que la dirección del campo magnético generado cambie, atrayendo al rotor y haciendo que el rotor gire. .
¿Cómo debe captarse el tiempo de esta conmutación actual? Es decir, ¿cómo sé hacia dónde gira el rotor ahora? Solo cuando sé dónde está el rotor puedo saber a qué electricidad bifásica conectarme.
De hecho, hay muchas formas de juzgar la posición del rotor, ya sea con un sensor o sin sensor. Hablemos primero del sensor, y el sensor generalmente usa un sensor Hall.
3.1. Confirme la posición del rotor con el sensor
3.1.1. Sensores de pasillo
Los sensores Hall pueden detectar cambios en la fuerza del campo magnético a través del efecto Hall. De acuerdo con la regla de la mano izquierda aprendida en la física de la escuela secundaria (utilizada para determinar la dirección de la fuerza de un conductor cargado en un campo magnético), en el bucle donde se encuentra el sensor Hall, el campo magnético desvía el movimiento de las partículas cargadas, y las partículas cargadas "golpean" el Hall Hay una diferencia de potencial entre los dos lados del sensor. En este momento, se puede conectar un voltímetro a ambos lados del sensor Hall para detectar este cambio de voltaje, detectando así el cambio de la fuerza del campo magnético. El principio se muestra en la siguiente figura.
3.1.2. ¿Cómo obtienen los sensores Hall la posición del rotor?
Con el sensor Hall, se puede conocer aproximadamente la posición del rotor. Los sensores Hall generalmente se instalan cada 120 grados o cada 60 grados. Lo siguiente asume que la instalación es cada 120 grados.
Se supone que cuando el polo N del rotor cruza el área de detección del sensor Hall, el voltaje de salida del sensor Hall es alto (generalmente 5V). De lo contrario, es bajo.
De acuerdo con los niveles de HA, HB y HC, se puede conocer el ángulo de posición del rotor. Por ejemplo, si HA es alto, HB es bajo y HC es bajo, podemos saber que el rotor está en un ángulo eléctrico entre 180 grados y 240 grados (la relación entre el ángulo eléctrico y el ángulo mecánico real se discutirá más adelante). ). Cuando se utilizan 3 sensores Hall, la resolución es de 60 grados de ángulo eléctrico. Es decir, solo puedo saber que la posición actual del rotor está dentro del rango de ángulo eléctrico de 60 grados, pero no sabemos exactamente cuántos grados.
3.1.3. Relación entre ángulos eléctricos y mecánicos
Aunque es un poco extraño insertar un conocimiento tan pequeño aquí, todavía siento que es necesario porque sentí que no era fácil de entender cuando estaba aprendiendo. Puede ser más fácil de entender con el ejemplo del sensor Hall aquí.
El ángulo mecánico es el ángulo que gira realmente el rotor del motor.
La relación entre el ángulo eléctrico y el ángulo mecánico está relacionada con el número de pares de polos del rotor.
Porque el campo magnético generado por la bobina en realidad atrae los polos magnéticos del rotor. Entonces, para el control de rotación del motor, solo nos importa el ángulo eléctrico.
Ángulo eléctrico=número de pares de polos x ángulo mecánico
3.2. Método para estimar la posición del rotor sin sensor
Este hoyo es un poco grande, y esta respuesta se omitirá primero.
4. Velocidad de rotación y dirección de rotación del motor CC sin escobillas
4.4. ¿Cómo controlar la dirección de rotación del motor DC sin escobillas?
El orden de conmutación actual se puede cambiar. Deje que el campo magnético sintetizado por la bobina gire en la dirección opuesta.
4.5. ¿Cómo controlar la velocidad del motor DC sin escobillas?
Cuanto mayor sea el voltaje a través de la bobina, mayor será la corriente a través de la bobina, más fuerte será el campo magnético generado y más rápido girará el rotor.
Debido a que la energía conectada es CC, generalmente usamos PWM (Modulación de ancho de pulso) para controlar el voltaje a través de la bobina. El principio simple de PWM es el siguiente.
Por lo tanto, cuando se energiza el motor de CC sin escobillas, el PWM generado por la microcomputadora de un solo chip se usa para controlar continuamente la apertura y el cierre del FET, de modo que la bobina se pueda energizar y desenergizar repetidamente. Si el tiempo de activación es largo (el servicio es grande), el voltaje equivalente en ambos extremos de la bobina será grande, la fuerza del campo magnético generado será más fuerte y el rotor girará rápidamente; si el tiempo de activación es corto (el trabajo es pequeño), el voltaje equivalente en ambos extremos de la bobina será pequeño y la fuerza del campo magnético generado será pequeña. Cuanto más débil es, más lento gira el rotor.
La forma de onda PWM está conectada a la puerta del FET para controlar la apertura y el cierre del FET. Suponga que cuando el voltaje en la puerta es alto, el FET se cierra y se enciende; cuando el voltaje en la puerta es bajo, el FET se apaga y no se energiza.
Además, los FET superior e inferior en la misma fase deben controlarse mediante formas de onda PWM de fase opuesta para evitar que los FET superior e inferior se enciendan al mismo tiempo, lo que hace que la corriente no pase por el motor sino que sea el mismo hacia arriba y hacia abajo, lo que resulta en un cortocircuito. La forma de onda PWM que controla el FET es la siguiente.
