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如何实现无刷直流电机的换相和调速呢

2021-8-4 06:06:45 1852 无刷直流电机换相

0 无刷直流电机应该在什么时候换相呢？无刷直流电机如何实现转子位置检测呢？如何实现无刷直流电机的换相和调速？ 0
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李艳茹 · 2021-8-4 14:38:56 沙发通过前面的文章我们可以知道一个结论，无刷直流电机驱动是需要特定的通电换相，AB/AC/BC/BA/CA/CB-》AB。通过这个通电相序可以使得BLDC按照顺时针方向旋转起来。那么我们应该在什么时候换相呢？这一节就梳理一下如何实现无刷直流电机的换相和调速。引用第二节的一句话：当转子位置旋转到水平位置时，转子所受力矩为0，但是由于惯性的作用，此时电机的转矩会继续顺时针转动，如果在这个时候，将电流的方向反向，那么电机的转子将会继续按照顺时针转动。三相通电情况下，不存在水平位置，但是存在一个拟平衡状态。三相转子位置转到拟平衡状态时进行换相操作，因此，判定转子是否达到换相条件是这一节的关键点。既然换相的实际取决于转子位置，那么如何实现转子位置检测呢？ 1、通过霍尔信号检测转子位置和有刷直流电机不同，BLDC电机的换向是以电子方式控制的。要使BLDC电机转动，必须按一定的顺序给定子绕组通电。为了确定按照通电顺序哪一个绕组将得电，知道转子的位置很重要。转子的位置由定子中嵌入的霍尔效应传感器检测。多数BLDC电机在其非驱动端上的定子中嵌入了三个霍尔传感器。每当转子磁极经过霍尔传感器附近时，他们便会发出一个高电平或低电平信号，表示N极或者S极正在经过该传感器，根据这三个霍尔传感器信号的组合，就能精确检测转子位置，决定换相的精确顺序。霍尔信号在电机运动中的变化过程如下图所示，当霍尔和电机在做相对运动时，会随着转子下磁通密度的变化，产生高低电平。（一般是N极为高电平，S极为低电平）那么具体三相霍尔信号在一整个电角度周期的变化情况如何呢？具体情况如下图所示，霍尔会按照【001 - 101 - 100 - 110 - 010 - 011】 - 001 -101 - 100 - - - - - - 六步变换，因此，根据三相霍尔信号可以检测出电机转子位置所处的扇区。根据霍尔信号指定的位置，可以指定开关序列。 2 如何通过霍尔信号分配开关序列引用一下前面文章阐述的六种通电情况。一共有6种情况，ABACBCBACACB（这里需要注意一个点，AB和BA虽然都是A和B两相通电，但是电流方向不同，所以取得的效果也不同）。上述六种情况会产生六种不同的工作磁路，如下图所示。以其中一个为例进行分析，当AB通电时，且A为正极，B为负极，根据右手螺旋定则，A相产生的磁场方向如红色箭头所示，B相线圈产生的磁场方向如蓝箭头方向所示，那么电机就会产生绿色的箭头方向的合成磁动势。电机的永磁体转子就会向着绿色箭头所在位置旋转。在这六种状态中，按照特定的顺序切换，电机就会持续的旋转起来。（转子的位置就在中心）。可以发现，这六种开关序列产生的磁动势的位置就在两个扇区的交接点处。那么结合霍尔信号，该怎么匹配通电情况呢？那么假设当前霍尔信号为110，那么此时电机的转子位置就在上图所示的110区域，这个时候为了使得电机继续转动，需要一个位置处于110-010两个扇区临界点的磁动势，A+B- 产生的磁动势正好与此位置匹配。按照此原则，可以得到一个与霍尔相序对应的开关角表格。这个开关角表格如下图所示：（注意啊，这里的开关表格仅适用于上图结构，也就是三相两极的BLDC，四极的与这个不一样，切记，为这个问题困扰了好久，后面4极的会单独讨论）如果是反转，其分析过程与上面类似，当前霍尔信号为110，需要一个位置处于110-100 两个扇区临界点的磁动势，C+B-产生的磁动势正好与此位置匹配。按照此原则，也可以得到一个与霍尔相序对应的开关角表格。通过上述两个表格，对电机的驱动信号进行分配，即可使得BLDC电机转动起来。小结： 1、霍尔信号在电机运动中的变化过程如下图所示，当霍尔和电机在做相对运动时，会随着转子下磁通密度的变化，产生高低电平。 2、不同的电机位置需要不同的磁动势，因此可以将霍尔信号和通电相序匹配起来，得到换相表格，生成PWM驱动电机旋转。相信经过这篇文章，铁汁们对这个BLDC的驱动逐渐有信心了吧，咱都已经知道你怎么动了，也知道怎么检测你转到哪里了，咱还知道了如何让你在特定的位置继续转下去的操作了，诶，那我不是一手即可掌握你了。其实梳理到这里，我心中已经大致有一个仿真搭建的思路了，毕竟驱动电机最难的一步就是如何给他供电嘛，后面控制怎么设计，那些怎么也比不上我现在能够让电机动起来来得喜悦呀。所以，下一节，咱们先把电机转起来，先爽一把再说。补充一下：由于不同厂家提供的绕组和磁极位置排布不同，以上开关角表格也不同，但是分析原理是一致的。

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