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直流电机

无刷电机常用的位置检测方法

时间:2023-10-04 08:36:46 来源:博亿堂byt98网址登陆 点击:1次

  上一篇文章我们讲了一些无刷电机的基础知识,包括无刷电机的内部结构,驱动原理等,我们大家都知道了只需要按照转子的当前位置,来按顺序给定子线圈通电,就能让电机转动起来。

  但是,上一篇中我们跳过了一个关键步骤,就是怎么检验测试转子的位置。本篇我们就讲讲常用的位置检测的新方法,以及引出的一些相关问题。

  我们知道,获取磁铁的位置可以用霍尔传感器,无刷电机的转子就是永磁体,因此只要在合适的位置安装霍尔传感器,就能知道转子的旋转位置。

  在无刷电机中,一般用3个开关型霍尔器件就能检测转子的位置。霍尔的安装的地方可以相隔120°,也可以相隔60°,我们以下图3N2P型电机,霍尔相隔120°的安装方法为例:

  a、b、c是三个霍尔传感器。当N极接近霍尔a时,a输出高电平1;当N远离a时,a输出低电平。同理b、c是相同的特性。

  因为2P的转子是一对极,所以在转子逆时针转动一周时,a、b、c霍尔的输出波形就都会高低电平变化一次,如下图所示:

  这样我们通过霍尔传感器的输出,能确定转子的当前位置,再结合上一篇讲的方法,就可以使它转动起来了。

  如果我们想使用“二二导通”的方法让它逆时针转动,在图中位置cba = 110,则应该使得B线圈加正电压C线圈加负电压A悬空;这个加电状态保持到N极转到接近c位置时,霍尔输出会自动变为cba = 100,则我们的加电状态应该变为A线圈加正电压C线圈加负电压B线圈悬空,才能让转子继续逆时针转动。

  不难发现,三个霍尔的输出在一个周期内是6个状态,正好对应了“二二导通”法电机转动一圈时对线个状态。

  于是,我们只需要用abc三个霍尔的输出来控制ABC三个线圈的加电状态,就能控制电机连续地转动起来了。

  关于有传感器的位置检测,还有许多其他方法,如编码器、光电传感器、旋转变压器等等。后续小白白会专门写一篇文章讲解。2)无传感器(检测反电动势)驱动

  在一些微、小电机系统中,安装的地方传感器对电机的体积和成本会有不利影响,因此,无传感器的位置检测技术也非常有实用价值。我们先来讲解它的原理,再聊聊它的优缺点。

  对比一下上节中有传感器的驱动方式,在这一个位置,是B线圈加正电压C线圈加负电压A线圈悬空。

  电机的转子磁铁在转动时,显然在A线圈上会有产生一个感应电动势。假如当转子磁铁转动时,S极先接近线圈A,然后从另一边远离线圈A,在线圈A中产生的感应电动势就会有一个由正变为负的过程(或者由负变正),也即是感应电动势会有一个过零点。(注意一下,这里的感应电动势过零点,是以三个线圈的中心连接点为参考点的)。

  所以,我们大家可以在电机转动时,检测不加电的那一相的感应电动势得过零点,就能知道转子的位置了。

  检测过零点的方法有很多种,可以用比较器,如下图的电路,是检测其中一相的示例:

  注意图中的中点电压,一般无刷电机是不会把中点引出来的,要通过其他方式获取,可以用三相线串电阻后连到一起得到。下图是一种经典的获取中心点电压的方法,左边是三相线上取的电压,右边输出是中心点和三相过零的检测点:

  另外,电机转动起来时、以及用PWM控制时,都会产生很多干扰,在过零比较时需要加入滤波电路,上图中的电容就是一种简单的滤波方法,但是要注意,加电容滤波以后会造成电压的相位滞后,所以电容值不能过大。如果是通过软件采集后再判断过零点,也能够最终靠软件来滤波。

  检测到转子的位置,就可以据此进行换向了,最佳换向位置是在过零点之后30°。那么如何知道转过30°需要多长时间呢?

  通常的方法,是近似认为转子的转速是均匀的,从上一次换相到本次过零的时间,就约等于本次过零到下次换相的时间。由此,我们只需要用单片机进行计时,就不难得知近似的30°的换向位置。

  另一种更简单直接的方法,是在检测到过零点后,立即进行换向,这种方法换向位置不是最佳的,会损失一些效率,但是设计起来最简单。

  但是,此时又出现了一个新问题,在初始启动、转子还没有转动时,磁铁和线圈没有相对运动,线圈里是没有感应电动势产生的,那该怎样确定转子的位置呢?我们看下一节,无传感器电机的启动问题。

  由于无传感器的模式,需要靠感应电动势来判断转子的位置,所以电机刚开始启动时,或者转速很低时,感应电动势很小,是无法用来检测位置的。所以无传感器的无刷电机的启动是个难点问题。

  一般的方法是采用三段法启动,即先预定位,再启动加速,最后进入闭环控制。具体的实现方法如下:

  就是先给某两相通电一小会儿,让转子转到预定的位置;这个通电时间、占空比需要依据不同的电机和负载情况确定;否则可能会由于长时间在一个线圈上加电烧坏,或者时间太短不能预定位。

  就是依据所要转动的方向,依次给各相加电(换相);启动的过程,需要多次换相,并逐渐加速;同样的,这个加速过程也与具体的电机和负载相关,需要测试来确定,换相频率太低,电机加速慢,线圈也会发热严重;换相频率太高,电机运行起来容易失步,导致加速失败。

  常见的加速有三种方式:恒频升压法、恒压升频法、升频升压法,字面意思就能够理解,就不多解释了;如某些航模电调,加速时,每次延时时间比上一次减少1/25,直到电机完全转起来。

  当启动加速到一定转速时,反电动势及其过零点可以被稳定的检测到时,就可以切换到闭环控制状态,也就是按上一节的控制逻辑进行换相驱动了。

  由无感驱动的办法能够看出,它的启动是很复杂的,在低速运转时感应电动势较小时也运行困难,所以无感无刷电机不合适用在频繁启停、低速运转的场合,而更适合用于体积、成本受限、工作速度比较高的场合。

  通过上述讲解,我们大家都知道了,无论是有感还是无感无刷电机,在转动时,是靠转子的位置去确定下一时刻的通电状态,而转到下一个位置的时间只与供电电压相关,所以,无刷电机调速时,最简单得方法是调整供电电压,或者使用PWM控制。

  使用PWM控制时,常用的方法是在导通区间内,上下桥臂其中之一恒通、另一半用PWM控制,如下图所示,左图是下桥臂恒通上桥臂PWM控制的方式,右图是上桥臂恒通下桥臂PWM控制的方式:

  无刷电机的工作原理依旧能想象一个圆柱体,不过这次不是小圆棒在中间转,而是一个块儿吸铁石在中间转,柱壁不在是吸铁石的两个磁极,而是刚才通了电的“扇叶”。这样只要一通电,柱壁因为电磁有了磁极,和中间的吸铁石产生互斥力,然后吸铁石疯狂转,电能就此转化为动能。它与有刷电机最大的区别就是,就不用那俩电刷通电了,因为我们大家可以直接给柱壁通电。 这样好处就很明显了,因没有那个电刷摩擦了,所以速度也更快了,损耗也减小了,输出功率更大了,电机的也寿命长了,还不产生火花呐,这对于一些在易燃位置的电器来说简直就是福音。 无刷电机优点: (1)无电刷、低干扰 无刷电机去除了电刷,最直接的变化就没有了有刷电机运转时产生的电火花,这样就极大减少了

  的工作原理及优势是什么 /

  在无刷电机中,原本利用碳刷的机械转换被电子控制转换系统所代替。由于没机械磨损,除了提高了马达的常规使用的寿命外也同时降低了噪音。由于取消了传统的碳刷,因此无刷系统也更轻更短。此外,无刷电机具有更加好的电磁适应性,可使车辆数字化系统免干扰运作。 无刷驱动的冷却风扇总成 无刷电机可以很好地适用于冷却风扇总成。它们能提高百分之十的效率并且比常规电机减重约400克。在车辆满负荷运行时,每公里大约减少3克二氧化碳排放量。 博泽的产品线瓦的低容量产品范围内,采用了含集成电子元件的无刷内转子电机(IRBL3)。能效在达到80%以上的同时重量却只有1,300克

  随着对机床产能、精度和动态性能要求的增加,直接驱动技术已慢慢的变多地被采用以满足以上多种需求。特别是直接驱动力矩电机,能够为机床的性能提高带来重大的改变。直驱力矩电机的应用,还具有降低客户的综合使用成本,简化机器的设计及减少维修维护等优点。 力矩电机被设计成直接驱动连接方式,即消除了齿轮箱、蜗轮蜗杆、同步带等物理运动装置,实现了机械负载与电机转子的直接连接。这样的连接方式可提供高动态性能,消除了传动的间隙与延迟,提供机床加工需要的极高刚性。 美国科尔摩根(Kollmorgen)于二十世纪五十年代,与麻省理工学院合作开发出了世界上第一台直驱力矩电机,最早应用于惯性制导转台上。此后的60多年其将所拥有

  引言 提到直流无刷电机,那不得已提的就是有刷电机了。有刷电机有一个比较令人讨厌的缺点:那就是“吵”。因为电刷和换向环需要时刻不停地摩擦,才能给电枢供电。所以,如果你想要一个“静音风扇”的话,肯定不能选使用了有刷电机的产品。无刷直流电机是在有刷直流电动机的基础上发展来的,具有无极调速、调速范围广、过载能力强、线性度好、寿命长、体积小、重量轻、出力大等优点,解决了有刷电机存在的一系列问题,大范围的应用于工业设施、仪器仪表、家用电器、机器人、医疗设施等所有的领域。 主流的无刷直流电机的控制方式目前主要有三种:FOC(又称为矢量变频、磁场矢量定向控制)、方波控制(也称为梯形波控制、120°控制、6步换向控制)和正弦波控制。正弦波控制方式

  BLDC马达驱动IC解决方案 /

  1 恒流源阻值检测电路 恒流源法是指向电阻Rx(电阻式位置传感器阻值)提供恒定电流Is,经过测量输出端电压Ux可以计算出电阻值Rx的方法,如图1所示。输出电压关系式为 恒流源的产生方法很多,本文利用运算放大器OP07产生,如图2所示,由OP07组成负反馈电路,正相输入端为固定电压Ui,则反相输入端也为Ui,由于OP07的输入阻抗极高,输入端可以认为不吸入电流,因此从R电阻上流过的电流的大小固定,而且一定等于OP07输出端流过电阻Rx的电流,由此得出电流Is的关系式为 但实际使用中发现,恒流效果并不理想,究其原因是运算放大器正相输入端电压的稳定性不好造成的。解决的办法是利用高精度的恒压源AD581

  电路设计 /

  有刷电机工作原理 有刷电机是大家最早接触的一类电机,中学时物理课堂上介绍电动机也是以它为模型来展示的。有刷电机的主要结构就是定子+转子+电刷,通过旋转磁场获得转动力矩,从而输出动能。电刷与换向器慢慢的接触摩擦,在转动中起到导电和换相作用。 有刷电机采用机械换向,磁极不动,线圈旋转。电机工作时,线圈和换向器旋转,磁钢和碳刷不转,线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。 在有刷电机中,这样的一个过程是将各组线圈的两个电源输入端,依次排成一个环,相互之间用绝缘材料分隔,组成一个象圆柱体的东西,与电机轴连成一体,电源通过两个碳元素做成的小柱子(碳刷),在弹簧压力的作用下,从两个特定的固定位置,压在上面线

  的技术原理 /

  东京-- 东芝公司(TOKYO:6502)旗下存储与电子元器件解决方案公司今日推出三相无刷电机驱动器:适用于12V电源的“TC78B015FTG”和适用于24V电源的“TC78B015AFTG”。这些新IC支持适用于家用电器和工业设施的小型风扇电机实现高转速。批量生产即日启动。 理想情况下,服务器风扇等散热风扇兼具体积小和高转速的特点,可确保较高的散热能力。东芝的新产品采用小型封装,可安装于小型电机的有限电路板空间上。它们还利用单传感器驱动和无电阻器电流检测系统减少外部元件数量。单传感器驱动可确保比无传感器驱动更可靠的电机运行并将霍尔传感器的数量从三个(三传感器驱动所必需)减少为一个。该无电阻器电流检测系统可减小电源消耗,无

  驱动器应用于高转速小型电机驱动 /

  简介:本文介绍的方案简化了外围模块的设计,极大的提升了系统的可靠性和稳定能力。系统工作稳定,收到了良好的效果,具有非常好的实用价值。 1、光电编码器原理 光电编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器,其基础原理就是在特制的码盘上按一定规律编排光栅图案,将这些图案用光电头读取,转变为高低有序排列的电平信号。光电编码器输出信号为A , B , Z 3 个信号,其中A , B 为相位差90°的方波信号, Z 为过零脉冲信号。如图1所示,光电编码器每旋转一周,A、B 相输出同样数量的脉冲, Z相输出一个脉冲,脉冲的个数和电机旋转角度,电机的运行距离成正比关系。 A相、B相都是光电编码器产生的,这两个信号的前沿和后沿都对应着光电

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