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直流无刷电机(BLDC)方波驱动

作者:熊猫  来源:www.rimaijd.com  更新时间:2020-07-30 11:12:21  点击次数:

  本文主要介绍BLDC电机方波驱动方式,它是根据转子的位置给对应的绕组通电,在每一个时刻只给定子绕组中的两相通电,这样每相绕组导通120电角度。在一个电角度(360度)周期可实现六种不同的激励组合,故而被称为方波驱动或六步换相控制。下图是无刷直流电机三相桥驱动示意图:

无刷直流电机三相桥驱动示意图


  六步换相驱动是一种三相Y型连接BLDC电机的常用方法。在六步换相中,BLDC电机采用两相工作模式,任意时刻只有两相导通,另一相断开。究竟选择哪两相绕组导通是由转子的位置决定,转子位置的感测可由位置传感器或位置观测器获得即有传感器方波驱动和无传感器方波驱动。


  (1)基于霍尔传感器(120度分布)控制的六步换相原理


  红色绕组:A相 绿色绕组:B相 蓝色绕组:C


  Hall A、Hall B、Hall C是三个霍尔传感器,安装在电机不同的位置,用来检测相对于三个绕组(A/B/C)的转子位置。在电机运转过程中,当正向的磁感线穿过霍尔传感器,传感器输出“1”,反之,输出“0”。由于3个霍尔传感器均匀安装在360度电角度,当电机运转一个电气周期(360)时,每个霍尔传感器的电平会发生两次翻转,总共发生6次电平翻转,由于传感器是均匀分布的,所以每次翻转刚好相差60度电角度,这正是电机两次换相相差的电角度。通过不断读取霍尔传感器不同的电平翻转时刻,然后给相应的绕组通电,电机就可以平稳的运转起来。


  下表是联谊电机45ZWN24-90顺时针方向换向表


  (2)无传感器控制的六步换相原理


  红色:A相BEMF 绿色:B相 BEMF 蓝色:C相 BEMF


  如上图所示在每一个区间(60度电气角度)内对未通电相绕组上的反电动势电压进行检测。当反电动势电压经过“中点”或“过零点”时,即检测到过零点发生。控制算法可知转子此时位于60度电气角度区间的中点且距离下一次换相还有30度电气角度。定时器记录每个区间(60度电气角度)的时间为T60。当检测到过零点时,定时器将装载一个数值为T60的一半的设定值。定时器发生超时,将产生中断并实现下一次换相。此种控制方法称为BLDC电机的无传感器控制。对于BLDC电机的无位置传感器控制, 有多种方法来检测转子的位置。例如,BEMF检测法、磁通检测法、各种系统信号观测器法、信号注入法等。目前使用的比较多的是BEMF法即通过检测断开相的反电动势过零点来实现换相,其他的无位置传感器控制方法会在后续的章节中讨论。下表展示了直流无刷电机三相桥驱动(如图1),每个电气周期(360度)里六步换相所对应的开关状态和电流方向与转子位置的关系。


  以上就是无刷直流电机方波驱动的原理


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