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【学院推荐】什么是 BLDC 电机换向的最有效方法

所属分类:凤凰彩票平台新闻 发布时间:2019-07-20 20:14 作者:凤凰彩票_凤凰彩票 文章来源:凤凰彩票平台

  无刷直流电机(或简称 BLDC电机)是一种采用直流电源并通过外部电机节制器节制达成电子换向的电机。 差异于有刷电机,BLDC 电机仰赖外部节制器来达成换向。 简言之,换向便是切换电机各相中的电流以形成运动的经过。 有刷电机是指具有物理电刷的电机,其每转一次可达成两次换向经过,而 BLDC 电机无电刷装备,于是而得名。 因为其计划性格,无刷电机可能达成大肆数宗旨换向磁极对。

  与古板有刷电机比拟,BLDC 电机具有极大的上风。 这种电机的功效时时可普及 15-20%;没有电刷物理磨损,因此能删除保卫;无论正在什么额定速率下都能够取得平整的转矩弧线。 固然 BLDC 电机并不是新发现,但因为需求庞大节制和反应电途,以是寻常采用的发扬较为平缓。 然而,因为近期半导体手艺的兴盛、永磁体品格晋升,以及对更高功效一直伸长的需求,促使 BLDC 电机正在巨额运用中代替了有刷电机。 BLDC 电机正在很众行业找到了市集定位,包罗白色家电、汽车、航空航天、消费、医疗、工业化自愿兴办和仪器仪外等。

  跟着行业朝着需求正在更众运用中行使 BLDC 电机的宗旨兴盛,很众工程师不得不将眼神投向该手艺。 固然电机计划的根蒂因素还是合用,但增添外部节制电途也补充了另一系列需研商的计划事项。 正在诸众计划题目中,最要紧的一点是何如获取电机换向的反应。

  正在深远摸索 BLDC 电机反应选项之前,先懂得为什么需求它们至闭要紧。 BLDC 电机可设备为单相、两相和三相;此中最常用的设备为三相。 相数与定子绕组数相配合,而转子磁极数依据运用需求的差异能够是大肆数目。 由于 BLDC 电机的转子受回旋的定子磁极影响,以是须追踪定子磁极职位,以有用驱动三个电机相。 为此,需行使电机节制器正在三个电机相上天生六步换向形式。 这六步(或换向相)挪动电磁场,进而使转子永磁体挪动电机轴。

  通过采用这种尺度电机换向序列,电机节制器即可运用高频率脉宽调制 (PWM) 信号,有用消浸电机经受的均匀电压,从而变化电机速率。 除此除外,这种修立通过让一个电压源用于各式各样的电机,大大晋升了计划圆活性,纵然直流电压源大大突出电机额定电压的境况也不破例。 为了让此体系仍旧相关于有刷手艺的功效上风,正在电机和节制器之间需求安置卓殊肃穆的节制回途。 反应手艺的要紧性就显露正在这里;节制器要能仍旧对电机的切确节制,它务必永远驾驭定子相关于转子的凿凿职位。 预期和本质职位显示任何非瞄准或相移恐怕会导存问思不到的境况及机能低浸。 针对 BLDC 电机换向可采用很众形式来达成这种反应,可是最常睹的形式是行使霍尔效应传感器、编码器或旋变更压器。 其它,某些运用也会仰赖无传感器换向手艺来达成反应。

  自无刷电机出生以后,霍尔效应传感器不断是达成换向反应的主力。 因三相节制仅需求三个传感器且单元本钱较低,以是纯粹从 BOM 本钱角度来看,它们往往是达成换向最经济的拣选。 电机定子中嵌入了检测转子职位的霍尔效应传感器,如此就能够切换三相电桥中的晶体管来驱动电机。 三个霍尔效应传感器输出日常标识为 U、V 和 W 通道。 固然霍尔效应传感器可能有用处置 BLDC 电机换向题目,但它们仅仅餍足了 BLDC 体系一半所需。

  固然霍尔效应传感器能使节制器驱动 BLDC 电机,但缺憾的是,其节制仅限于速率和宗旨。 正在三相电机中,霍尔效应传感器只可正在每个电轮回内供给角度职位。 跟着磁极对数宗旨补充,每次死板转动的电轮回数目也补充,况且跟着 BLDC 的行使变得尤其普及,对切确职位传感的需求也由此补充。 为确保处置计划妥当且完好,BLDC 体系应供给及时职位讯息,从而使得节制器不只能够追踪速率和宗旨,还能够追踪行程间隔和角度职位。

  为餍足对更肃穆职位讯息的需求,常用的处置计划是向 BLDC 电机增添增量式回旋编码器。 时时,除霍尔效应传感器除外,还会正在沟通的节制反应回途体系中增添增量编码器。 此中霍尔效应传感器用于电机换向,而编码器则用于尤其切确地追踪职位、回旋、速率和宗旨。 因为霍尔效应传感器仅正在每个霍尔状况转变时供给新的职位讯息,以是其精度只到达每一电力轮回六个状况;而对双极电机而言,仅为每一死板轮回六个状况。 与能供给离别率以数千 PPR(每转脉冲数)计的增量编码器(可解码为状况转变次数的四倍)比拟,两者均需的须要性就显而易睹了。

  然而,因为电机制作商目前务必将霍尔效应传感器和增量编码器都拼装到他们的电机上,以是很众编码器制作商发轫供给具有换向输出的增量编码器,时时咱们简称为换向编码器。 这些编码器进程特意计划,不只能够供给古板的正交 A 和 B 通道(以及某些境况下“每转一次”的索引脉冲通道 Z),还能够供给大大批 BLDC 电机驱动器所需的尺度 U、V 和 W 换向信号。 如此一来,电机计划师就能够省却同时安置霍尔效应传感器和增量编码器的不须要步调。

  尽量该设施所具有的上风众所周知,但此设施也做了很大的折衷。 如上文所述,为使 BLDC 电机有用换向,务必驾驭转子和定子的职位。 这意味着务必谨小慎微地确保换向编码器的 U/V/W 通道与 BLDC 电机相位准确瞄准。

  关于光盘上具有固定图案的光学编码器以及务必手动安置的霍尔效应传感器而言,达成 BLDC 电机准确瞄准的经过既屡次、又耗时。 瞄准设施还需求分外的兴办,包罗第二个电机和一个示波器。 要瞄准一个光学编码器或一组霍尔效应传感器,务必行使第二个电机来反向驱动 BLDC 电机;然后,当电机正在第二个电机的感化下匀速回旋时,行使示波器监控三个电机相的反电动势(也称之为逆电动势或反电势)。 编码器或霍尔效应传感器随后发出的 U/V/W 信号务必同示波器上的反电动势波形举行比照检讨。 假设 U/V/W 通道和反电动势波形之间有任何区别,则务必举行相位应调理。 这个经过中,每台电机将消耗 20 众分钟的光阴,而且需求巨额的试验室兴办举行操作,于是是行使 BLDC 电机的紧要麻烦起原。 固然光学换向编码器通过仅安置一项手艺而处置了安置职守,但光学换向编码器的实行也具有缺乏众效用性的差错。 由于光学编码器行使其光盘中的固定图案,以是购置之前,电机磁极数、正交离别率和电机轴的尺寸等都务必驾驭显现。

  CUI Inc. 推出的加强型换向编码器可同时处置这两个题目。该编码器基于其 AMT 系列产物中采用的专利电容手艺。 光学编码器采用卓殊小的 LED,它们发出的光后透过光盘(带有特定间隔的槽口),从而天生输出图案。 AMT 编码器道理与之肖似,但差异之处正在于 AMT 编码器不是通过 LED 传输光后,而是传输电场。 PCB 转子将交换光盘,该转子包罗调理电场的正弦弧线图案式金属迹线。 然后,调制信号的采纳端回传信号到发射器,此时通过专有 ASIC 将此信号与原始信号举行对照。 该手艺与数字逛标卡尺道理沟通,具有极佳的牢靠性和精度。

  AMT31 系列换向编码器供给增量输出 A/B/Z 和换向输出 U/V/W。 计划包罗电容式 ASIC 和板载 MCU 后,编码器就能够形成数字输出。 这种形式具有卓殊要紧的感化,由于它能答允用户按一下按钮即可按数字外面修立编码器的零位。 只需将 BLDC 电机锁定到所需的相位状况,并行使 AMT One Touch Zero™ 模块或 AMT Viewpoint™ 编程 GUI 调零 AMT31 编码器。 如此一来,就能够去掉反向驱动电机或行使示波器查看输出信号的步调,同时拼装光阴也可大幅删除 20 分钟。因为采用了电容手艺,于是正交离别率和换向输出可达成动态调理。 用户只需毗邻 AMT31 编码器与 AMT Viewpoint GUI,从 20 个正交离别率(最大 4096 PPR)以及 7 个尺度磁极对选项(最众 20 个磁极)列外中举行拣选,然后点击“Program”(编程)即可。 这为开采经过带来了上风,工程师可能迅速、轻松地更改原型样机,而且还能对差异离别率和 BLDC 磁极数的众种电机节制行使单个库存单元 (SKU),以晋升坐褥供应链处置功效。 除了每个安装援助众个离别率和磁极对数外,编码器外壳还易于拼装,同时可供给众种安置以及众个套管尺寸拣选,以便适当常用的电机轴直径。其它,AMT Viewpoint GUI 还为 AMT31 系列编码器带来史无前例的计划援助。 毗邻到 AMT Viewpoint 时,能够从 AMT31 编码器下载诊断数据并用于避免现场潜正在挫折以及删除停机光阴。

  高精度的肃穆节制回途能让 BLDC 电机正在很众规模发扬隽拔的上风。 精度补充意味着功率损耗更少、切确度更高,以及能让终端用户更好地节制 BLDC 操作。 今朝,BLDC 电机寻常已运用于众种众样的规模中,包罗外科手术死板臂、无人驾驶汽车、安装线自愿化等,而且很疾将正在还未设思的很众其它规模中取得一席之地。 BLDC 电机市集正在一直伸长,对 BLDC 电机的请求却永远未变:市集需求低本钱、高精度职位传感反应的高效耐用电机。 当与 BLDC 电机配合行使时,AMT31 系列编码器可能正在安置经过中减削贵重的光阴,同时简化开采和制作流程。 依赖其通用性、几秒之内落成编程和调零修立的才力,以及与 AMT Viewpoint GUI 的兼容性,AMT31 编码器很好地相符了迅速伸长的 BLDC 市集的需求。

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