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上海盛霞為您介紹直流電機(jī)控制器基礎(chǔ)

盛霞光電 2021-01-02 0 7829 次

上海盛霞為您介紹直流電機(jī)控制器基礎(chǔ)

1電機(jī)類型簡介


如今主要有如下幾種類型的電機(jī) :有刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)以及無刷直流(BLDC)電機(jī) / 永磁同步電機(jī)(PMSM)。



密切相關(guān)的兩種無刷電機(jī)——無刷直流(BLDC)電機(jī)和永磁同步電機(jī)(PMSM)越來越廣泛地應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。這些電機(jī)不需要電刷和換向器,因此比有刷電機(jī)更高效,并可有效延長電機(jī)壽命。

在有刷電機(jī)中,轉(zhuǎn)向(在各相中切換電流,以便形成能夠產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的過程)由電刷 / 換向器接口產(chǎn)生。該接口會(huì)產(chǎn)生不利的摩擦和電弧。

無刷直流(BLDC)電機(jī)和永磁同步電機(jī)(PMSM)采用電子生成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),因此不需要使用電刷和換向器。這是通過使用外部電路調(diào)節(jié)傳送到各相的電壓和電流來實(shí)現(xiàn)的。

雖然這些電路稍微復(fù)雜一些,但與傳統(tǒng)有刷電機(jī)相比,無刷直流(BLDC)電機(jī)和永磁同步電機(jī)(PMSM)具有一些重要的優(yōu)勢(shì)。它們的電子換向方案使能源效率比以相同速度運(yùn)行的有刷電機(jī)提高了 20% 到 30%,同時(shí)更加耐用、體積更小、重量更輕、噪音也更小。

2BLDC 電機(jī) /PMSM 的興起


組位于定子(電機(jī)的靜止部分)。將繞組放在電機(jī)靜止不動(dòng)的部分,并將永磁體放在轉(zhuǎn)子上,這樣就不需要電刷了。在無刷直流(BLDC)電機(jī)或永磁同步電機(jī)(PMSM)中,通過電子控制器從外部控制流向固定定子線圈的電流。

這些無刷直流(BLDC)電機(jī)或永磁同步電機(jī)(PMSM)比其他類型的電機(jī)具有明顯優(yōu)勢(shì),因此,在許多應(yīng)用中,它們正逐漸取代有刷直流電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)。實(shí)際上,無刷直流(BLDC)電機(jī)或永磁同步電機(jī)(PMSM)已廣泛應(yīng)用于汽車、電動(dòng)工具和家用電器中。

與傳統(tǒng)的有刷電機(jī)相比,無刷直流(BLDC)電機(jī)或永磁同步電機(jī)(PMSM)具有諸多優(yōu)勢(shì)。它們節(jié)能,體積更小,重量更輕,噪音更小,也更可靠耐用。此外,它們還能精確地控制速度,更適合用于變速應(yīng)用。最后,它們還具有出色的速度扭矩特性。

無刷直流(BLDC)電機(jī)或永磁同步電機(jī)(PMSM)通常用于需要精確控制速度的地方。我們將在第二章詳細(xì)介紹其工作原理,但基本概念如圖 1-2所示?;魻杺鞲衅骰蛐D(zhuǎn)編碼器檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置,通過分析傳感器輸出端極性和變化率來測(cè)量速度。像圖 1-2 中所示的三相無刷直流(BLDC)電機(jī)或永磁同步電機(jī)(PMSM)需要三個(gè)霍爾傳感器。



電機(jī)或永磁同步電機(jī)(PMSM)采用電子換向電路,因此,它們需要監(jiān)控電路來確保線圈激勵(lì)精確定時(shí),從而準(zhǔn)確調(diào)節(jié)速度、恰當(dāng)控制扭矩以及提高效率。在許多需要可調(diào)速和準(zhǔn)確控制位置的新型電機(jī)應(yīng)用中,這種驅(qū)動(dòng)電路是必不可少的。

好消息是,所有必需的模擬功能都與功能強(qiáng)大的微控制器一起集成到單個(gè)電機(jī)控制單元中,從而驅(qū)動(dòng)外部(或某些情況下集成在單元內(nèi)部)功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。這種單獨(dú)控制單元可簡化設(shè)計(jì)流程并降低組件成本。

3了解電機(jī)控制器的工作原理


電機(jī)控制器可完成多項(xiàng)非常重要的工作。其最基本的功能是通過控制各相的電壓來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度和方向。但電機(jī)控制器還 :

調(diào)節(jié)電機(jī)速度、扭矩或功率輸出
控制啟動(dòng)或軟啟動(dòng)
防止出現(xiàn)電路故障
使電機(jī)加速和減速更平穩(wěn)
防止過載

為實(shí)現(xiàn)所有這些功能,電機(jī)控制器必須比以往更加智能。例如,它們能夠通過監(jiān)測(cè)負(fù)載并調(diào)整扭矩使其匹配來提高效率。提高效率的同時(shí)還減少電機(jī)的熱量、噪音和振動(dòng)。

具有常規(guī)三相逆變器的無刷直流(BLDC)電機(jī)或永磁同步電機(jī)(PMSM)傳統(tǒng)上需要多個(gè)集成芯片(IC)來提供各種電機(jī)控制器功能。這其中包括微控制器、用于驅(qū)動(dòng)功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的預(yù)驅(qū)動(dòng)功率級(jí)、用于放大檢測(cè)到的電機(jī)電流的差分放大器、提取反電動(dòng)勢(shì) (BEMF) 信息的比較器以及降低電壓的開關(guān)式和線性穩(wěn)壓器。

由于半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,如今很多功能都被并入一個(gè)小型控制裝置中。


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