关于无刷直流微型電(diàn)机知识介绍

       无刷直流微型電(diàn)机在微型减速電(diàn)机[减速電(diàn)机：减速電(diàn)机]中应用(yòng)比较多(duō)，起到相当重要的作用(yòng)，下面针对无刷直流微型電(diàn)机作简单介绍：无刷直流電(diàn)动机是采用(yòng)半导體(tǐ)开关器件来完成電(diàn)子换向的，即用(yòng)電(diàn)子开关器件替代传统的接触式换向器和電(diàn)刷。它具有(yǒu)牢靠性高、无换向火花(huā)、机械噪声高等优点，普遍使用(yòng)于高档录音座、录像机、電(diàn)子仪器及自动化办公设备中。　
　    无刷直流電(diàn)动机由永磁體(tǐ)转子、多(duō)极绕组定子、地位传感器等组成。地位传感按转子地位的变化，沿着一定次第对定子绕组的電(diàn)流停止换流（即检测转子磁极绝对定子绕组的地位，并在确定的地位处发生地位传感信号，经信号转换電(diàn)路处置后去控制功率开关電(diàn)路，按一定的逻辑关系停止绕组電(diàn)流切换）。定子绕组的任務(wù)電(diàn)压由地位传感器输入控制的電(diàn)子开关電(diàn)路提供。 　　地位传感器有(yǒu)磁敏式、光電(diàn)式和電(diàn)磁式三品种型。
　　采用(yòng)磁敏式地位传感器的无刷直流電(diàn)动机，其磁敏传感器件（例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏電(diàn)阻器或公用(yòng)集成電(diàn)路等）装在定子组件上，用(yòng)来检测永磁體(tǐ)、转子旋转时发生的磁场变化。
　    采用(yòng)光電(diàn)式地位传感器的无刷直流電(diàn)动机，在定子组件上按一定地位配置了光電(diàn)传感器件，转子上装有(yǒu)遮光板，光源為(wèi)发光二极管或小(xiǎo)灯泡。转子旋转时，由于遮光板的作用(yòng)，定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。 　
　    采用(yòng)電(diàn)磁式地位传感器的无刷直流電(diàn)动机，是在定子组件上装置有(yǒu)電(diàn)磁传感器部件（例如耦合变压器、接近开关、lc谐振電(diàn)路等），当永磁體(tǐ)转子地位发作变化时，電(diàn)磁效应将使電(diàn)磁传感器发生高频调制信号（其幅值随转子地位而变化）。
 
　　2.1直流无刷電(diàn)机的优越性 　
　    直流電(diàn)机具有(yǒu)呼应疾速、较大的起动转矩、从零转速至额外转速具有(yǒu)可(kě)提供额外转矩的功能(néng)，但直流電(diàn)机的优点也正是它的缺陷，由于直流電(diàn)机要发生额外负载下恒定转矩的功能(néng)，则電(diàn)枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電(diàn)机转动时会发生火花(huā)、碳粉因而除了会形成组件损坏之外，运用(yòng)场所也遭到限制。交流電(diàn)机没有(yǒu)碳刷及整流子，免维护、巩固、使用(yòng)广，但特性上若要到达相当于直流電(diàn)机的功能(néng)须用(yòng)复杂控制技术才干到达。现今半导體(tǐ)开展迅速功率组件切换频率放慢许多(duō)，提升驱动電(diàn)机的功能(néng)。微处置机速度亦越来越快，可(kě)完成将交流電(diàn)机控制置于一旋转的两轴直交坐(zuò)标零碎中，适当控制交流電(diàn)机在两轴電(diàn)流重量，到达相似直流電(diàn)机控制并有(yǒu)与直流電(diàn)机相当的功能(néng)。
　　此外已有(yǒu)很(hěn)多(duō)微处置机将控制電(diàn)机必需的功用(yòng)做在芯片中，而且體(tǐ)积越来越小(xiǎo)；像模仿/数字转换器(analog-to-digital converter，adc)、脉冲宽度调制(pulse wide modulator，pwm)…等。直流无刷電(diàn)机即是以電(diàn)子方式控制交流電(diàn)机换相，失掉相似直流電(diàn)机特性又(yòu)没有(yǒu)直流電(diàn)机机构上缺失的一种使用(yòng)。
　
　    2.2直流无刷電(diàn)机的控制构造 　
　    直流无刷電(diàn)机是同步電(diàn)机的一种，也就是讲電(diàn)机转子的转速受電(diàn)机定子旋转磁场的速度及转子极数(p)影响： 　
　    n=120．f / p。在转子极数固定状况下，改动定子旋转磁场的频率就可(kě)以改动转子的转速。直流无刷電(diàn)机即是将同步電(diàn)机加上電(diàn)子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将電(diàn)机转子的转速回授至控制中心重复校正，以期到达接近直流電(diàn)机特性的方式。也就是讲直流无刷電(diàn)机可(kě)以在额外负载范围内当负载变化时仍可(kě)以控制電(diàn)机转子维持一定的转速。 　
　   直流无刷驱动器包括電(diàn)源部及控制部 ：電(diàn)源部提供三相電(diàn)源给電(diàn)机，控制部则依需求转换输出電(diàn)源频率。
　　電(diàn)源部可(kě)以间接以直流電(diàn)输出(普通為(wèi)24v)或以交流電(diàn)输出(110v/220 v)，假如输出是交流電(diàn)就得先经转换器(converter)转成直流。不管是直流電(diàn)输出或交流電(diàn)输出要转入電(diàn)机線(xiàn)圈前须先将直流電(diàn)压由换流器(inverter)转成3相電(diàn)压来驱动電(diàn)机。换流器(inverter)普通由6个功率晶體(tǐ)管(q1～q6)分(fēn)為(wèi)上臂(q1、q3、q5)/下臂(q2、q4、q6)衔接電(diàn)机作為(wèi)控制流经電(diàn)机線(xiàn)圈的开关。控制部则提供pwm(脉冲宽度调制)决议功率晶體(tǐ)管开关频度及换流器(inverter)换相的机遇。直流无刷電(diàn)机普通希望运用(yòng)在当负载变化时速度可(kě)以波动于设定值而不会变化太大的速度控制，所以電(diàn)机外部装有(yǒu)能(néng)感应磁场的霍尔传感器(hall-sensor)，做為(wèi)速度之闭回路控制，同时也做為(wèi)相序控制的根据。但这只是用(yòng)来做為(wèi)速度控制并不能(néng)拿(ná)来做為(wèi)定位控制。
 
　　2.3直流无刷電(diàn)机的控制原理(lǐ) 
　　要让電(diàn)机转动起来，首先控制部就必需依据hall-sensor感应到的電(diàn)机转子目前所在地位，然后按照定子绕線(xiàn)决议开启(或封闭)换流器(inverter)中功率晶體(tǐ)管的顺序，inverter中之ah、bh、ch(这些称為(wèi)上臂功率晶體(tǐ)管)及al、bl、cl(这些称為(wèi)下臂功率晶體(tǐ)管)，使電(diàn)流依序流经電(diàn)机線(xiàn)圈发生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁互相作用(yòng)，如此就能(néng)使電(diàn)机顺时/逆时转动。当電(diàn)机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的地位时，控制部又(yòu)再开启下一组功率晶體(tǐ)管，如此循环電(diàn)机就可(kě)以依同一方向持续转动直到控制部决议要電(diàn)机转子中止则封闭功率晶體(tǐ)管(或只开下臂功率晶體(tǐ)管)；要電(diàn)机转子反向则功率晶體(tǐ)管开启顺序相反。 　
　根本上功率晶體(tǐ)管的开法可(kě)举例如下：
　　ah、bl一组→ah、cl一组→bh、cl一组→bh、al一组→ch、al一组→ch、bl一组 　　但绝不能(néng)开成ah、al或bh、bl或ch、cl。此外由于電(diàn)子零件总有(yǒu)开关的呼应日子，所以功率晶體(tǐ)管在关与开的交织日子要将零件的呼应日子思索出来，否则当上臂(或下臂)尚未完全封闭，下臂(或上臂)就已开启，后果就形成上、下臂短路而使功率晶體(tǐ)管烧毁。
　　当電(diàn)机转动起来，控制部会再依据驱动器设定的速度及加/加速率所组成的命令(command)与hall-sensor信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决议由下一组(ah、bl或ah、cl或bh、cl或……)开关导通，以及导通日子長(cháng)短。速度不够则开長(cháng)，速渡过头则减短，此部份任務(wù)就由pwm来完成。pwm是决议電(diàn)机转速快或慢的方式，如何发生这样的pwm才是要到达较精准速度控制的中心。高转速的速度控制必需思索到零碎的clock 分(fēn)辨率能(néng)否足以掌握处置软件指令的日子，另外关于hall-sensor信号变化的材料存取方式也影响四处理(lǐ)器效能(néng)与断定正确性、实时性。至于低转速的速度控制尤其是低速起动则由于回传的hall-sensor信号变化变得更慢，怎样撷取信号方式、处置机遇以及依据電(diàn)机特性适当配置控制参数值就显得十分(fēn)重要。或许速度回传改动以encoder变化為(wèi)参考，使信号分(fēn)辨率添加以期失掉更佳的控制。電(diàn)机可(kě)以运转顺畅而且呼应良好，p.i.d.控制的恰当与否也无法无视。之前提到直流无刷電(diàn)机是闭回路控制，因而回授信号就等于是通知控制部如今電(diàn)机转速间隔目的速度还差多(duō)少，这就是误差(error)。晓得了误差自然就要补偿，方式有(yǒu)传统的工程控制如p.i.d.控制。但控制的形态及环境其实是复杂多(duō)变的，若要控制的巩固耐用(yòng)则要思索的要素恐怕不是传统的工程控制能(néng)完全掌握，所以模糊控制、专家零碎及神经网络也将被归入成為(wèi)智能(néng)型p.i.d.控制的重要实际。