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常用直流電機(jī)的種類及控制方案

MPS芯源系統(tǒng) ? 來(lái)源:未知 ? 2023-10-25 16:25 ? 次閱讀
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上期回顧:原來(lái)CCM和DCM區(qū)別這么大!你選對(duì)了嗎?

本期內(nèi)容

工程師朋友們,歡迎來(lái)到MPS電源小課堂。電機(jī)作為日常生活中離不開(kāi)的動(dòng)力源,在新能源汽車、生活電器、工業(yè)醫(yī)療設(shè)備各種場(chǎng)景中使用,想必大家一定不陌生,但是大家知道常用的電機(jī)分類嗎?更進(jìn)一步,大家知道如何通過(guò)控制使得不同的電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)嗎?

本期電源小課堂將帶大家了解常用的電機(jī)分類及其控制方法。

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頻文字部分

電機(jī)是依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置,主要作用是用來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,作為最常見(jiàn)的動(dòng)力源,可以說(shuō)電機(jī)的使用在我們生活中無(wú)處不在(空調(diào) 洗衣機(jī) 電動(dòng)汽車 風(fēng)扇)。直流電機(jī)按照結(jié)構(gòu)及工作原理,可以分為直流有刷電機(jī)直流無(wú)刷電機(jī)以及步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)和控制方式請(qǐng)大家移步到上期關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的介紹。

而有刷和無(wú)刷電機(jī)的區(qū)別主要是換相方式的,有刷電機(jī)依靠電刷和換向器進(jìn)行換相實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換,在性能上比較穩(wěn)定,缺點(diǎn)是換向器和電刷接觸磨損壽命較短且噪聲較大,需要定期維護(hù)及更新。相比之下,直流無(wú)刷電機(jī)由電機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成的機(jī)電一體化產(chǎn)品,通過(guò)電子換向器進(jìn)行換相,無(wú)論是電機(jī)使用壽命、還是性能效率方面,都比有刷電機(jī)更加出色。

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《步進(jìn)電機(jī)、有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī):用途及其優(yōu)缺點(diǎn)》

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直流無(wú)刷電機(jī)

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電機(jī)驅(qū)動(dòng)與位置傳感器

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直流有刷電機(jī)

知道了基本的BDCBLDC的區(qū)別,下面我們一起看看直流有刷電機(jī)是如何轉(zhuǎn)起來(lái)的呢?

看這張BDC運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖,有刷電機(jī)電機(jī)工作時(shí),帶線圈的轉(zhuǎn)子和換向器旋轉(zhuǎn),定子磁鋼和電刷不轉(zhuǎn),就是磁極不動(dòng),線圈旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子線圈電流方向的交替變化是由換相器和電刷來(lái)完成的。

由BDC的工作原理可知,它的調(diào)速控制也較為簡(jiǎn)單,調(diào)整BDC供電電源電壓的高低(額定電壓12V 額定轉(zhuǎn)速,8V轉(zhuǎn)慢),調(diào)整后的電壓電流改變電極產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱,達(dá)到調(diào)速要求。

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《步進(jìn)電機(jī)、有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī):用途及其優(yōu)缺點(diǎn)》

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BDC運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖

常見(jiàn)的BDC驅(qū)動(dòng)控制電路采用H橋?qū)崿F(xiàn),H橋能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制,以電流由Out1流入,Out2流出為正(順時(shí)針旋轉(zhuǎn)),當(dāng)Q1Q4開(kāi)通時(shí),電機(jī)正轉(zhuǎn)(順時(shí)針旋轉(zhuǎn))。

Q2Q3導(dǎo)通時(shí),電流由Out2流入,Out1流出,為電機(jī)反轉(zhuǎn)(逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)),一般通過(guò)PWM控制H橋4個(gè)MOS管的通斷,調(diào)整BDC的電壓大小實(shí)現(xiàn)調(diào)速和正反轉(zhuǎn)控制。

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Q1Q4導(dǎo)通,電流由Out1流入,Out2流出,電機(jī)正轉(zhuǎn)

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Q3Q2導(dǎo)通,電流由Out2流入,Out1流出,電機(jī)反轉(zhuǎn)

BLDC,字面上看,最大的特點(diǎn)就是“無(wú)刷”——就完美避開(kāi)了BDC的的幾個(gè)缺點(diǎn), BLDC壽命長(zhǎng),靜音運(yùn)轉(zhuǎn),損耗低效率高,體積小,穩(wěn)定性也好,妥妥的電機(jī)界明星,它的控制和工作方式也是今天我們介紹的重點(diǎn)!

我們來(lái)看BLDC的運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖,和BDC定子磁鐵,轉(zhuǎn)子線圈相反,BLDC電機(jī)的轉(zhuǎn)子是永磁體,定子是線圈。

我們給定子線圈通電,這時(shí)通電線圈就是一個(gè)電磁鐵,只要給定子線圈通入適當(dāng)方向的電流,讓電磁鐵的磁極方向和轉(zhuǎn)子永磁體的磁極方向?qū)?yīng),就能吸引或排斥轉(zhuǎn)子,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是通過(guò)控制定子線圈的電流方向和大小來(lái)控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。

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電機(jī)驅(qū)動(dòng)與位置傳感器》

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直流無(wú)刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖

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《步進(jìn)電機(jī)、有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī):用途及其優(yōu)缺點(diǎn)》

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直流有刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖

我們所看到的BLDC控制系統(tǒng),是由6個(gè)MOSFET組成驅(qū)動(dòng)電路以及相應(yīng)的控制電路組成。

方波控制、或者正弦波(PMSM)方式控制或者FOC都是常見(jiàn)的控制算法。

那么問(wèn)題來(lái)了,我們是如何實(shí)現(xiàn)定子電流的變化呢?

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最簡(jiǎn)單的BLDC控制就是采用兩相導(dǎo)通方式,在每個(gè)控制周期下,只有兩相定子繞組線圈處于導(dǎo)通狀態(tài),第三相懸空,轉(zhuǎn)子位置每變化60°電角度進(jìn)行一次換相控制,根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的不同,按照AB-AC-BC-BA-CA-CB這6個(gè)節(jié)拍,每個(gè)MOS管按照Q1Q4—Q1Q6--Q3Q6—Q3Q2—Q5Q2—Q5Q4的順序?qū)?,?qū)動(dòng)定子繞組,就能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),這就是最經(jīng)典的六步法控制。

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① Q1Q4導(dǎo)通,AB相導(dǎo)通,C相懸空

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② Q1Q6導(dǎo)通,AC相導(dǎo)通,B相懸空

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③Q3Q6導(dǎo)通,BC相導(dǎo)通,A相懸空

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④Q3Q2導(dǎo)通,BA相導(dǎo)通,C相懸空

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⑤Q5Q2導(dǎo)通,CA相導(dǎo)通,B相懸空

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⑥Q5Q4導(dǎo)通,CB相導(dǎo)通,A相懸空

到這步,我們已經(jīng)知道了控制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的六步法,相信大家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了盲點(diǎn)——我們?cè)趺粗涝谀膫€(gè)時(shí)刻該驅(qū)動(dòng)哪個(gè)繞組呢?

答案就是:根據(jù)轉(zhuǎn)子位置!

如何檢測(cè)轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置呢?常見(jiàn)的思路就是采用位置傳感器,比如霍爾傳感器、磁編碼器、光編碼器等。

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關(guān)于BLDC的無(wú)位置傳感器控制方式,我們將在后面為大家詳細(xì)講解,歡迎大家持續(xù)關(guān)注MPS電源小課堂和MPS微信公眾號(hào),學(xué)習(xí)更多干貨知識(shí)。


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原文標(biāo)題:常用直流電機(jī)的種類及控制方案

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