無刷直流電機的工作原理(帶霍爾傳感器).

1、無刷直流電機的工作原理無刷直流電機的控制結(jié)構(gòu)無刷直流電機是同步電機的一種， 也就是說電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)(P) 影響：N=120f/ P。在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。無刷直流電機即是將同步電機加上電子式控制 ( 驅(qū)動器) ， 控制定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率并將電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復校正， 以期達到接近直流電機特性的方式。也就是說無刷直流電機能夠在額定負載范圍內(nèi)當負載變化時仍可以控制電機轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。無刷直流驅(qū)動器包括電源部及控制部如圖 (1) ：電源部提供三相電源給電機，控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻率。電源部可以直接以直

2、流電輸入 ( 一般為 24V)或以交流電輸入(110V/220 V)，如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器 (converter) 轉(zhuǎn)成直流。不論是直流電輸入或交流電輸入要轉(zhuǎn)入電機線圈前須先將直流電壓由換流器 (inverter) 轉(zhuǎn)成 3 相電壓來驅(qū)動電機。換流器(inverter) 一般由 6 個功率晶體管(Q1Q6)分為上臂(Q1、 Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)連接電機作為控制流經(jīng)電機線圈的開關(guān)?？刂撇縿t提供PWM(脈沖寬度調(diào)制) 決定功率晶體管開關(guān)頻度及換流器 (inverter) 換相的時機。無刷直流電機一般希望使用在當負載變動時速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會變動太大的速度控制，所以

3、電機內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場的霍爾傳感器 (hall-sensor)，做為速度之閉回路控制， 同時也做為相序控制的依據(jù)。 但這只是用來做為速度控制并不能拿來做為定位控制。（圖一）無刷直流電機的控制原理要讓電機轉(zhuǎn)動起來，首先控制部就必須根據(jù) hall-sensor 感應(yīng)到的電機轉(zhuǎn)子目前所在位置，然后依照定子繞線決定開啟 ( 或關(guān)閉) 換流器(inverter) 中功率晶體管的順序，如 下（圖二） inverter中之 AH、BH、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及 AL、BL、CL(這些稱為下臂功率晶體管 ) ， 使電流依序流經(jīng)電機線圈產(chǎn)生順向 ( 或逆向) 旋轉(zhuǎn)磁場， 并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用， 如此就

4、能使電機順時 / 逆時轉(zhuǎn)動。 當電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到 hall-sensor 感應(yīng)出另一組信號的位置時， 控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到控制部決定要電機轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管 ( 或只開下臂功率晶體管 ) ； 要電機轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反?；旧瞎β示w管的開法可舉例如下：AH、BL 一組AH、CL 一組BH、CL 一組BH、AL 一組CH、AL 一組CH、BL一組，但絕不能開成 AH、AL 或 BH、BL 或 CH、CL。此外因為電子零件總有開關(guān)的響應(yīng)時間，所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯時間要將零件的響應(yīng)時間考慮進去，否則當上臂( 或下臂) 尚未

5、完全關(guān)閉，下臂( 或上臂) 就已開啟， 結(jié)果就造成上、 下臂短路而使功率晶體管燒毀。(圖二 )當電機轉(zhuǎn)動起來，控制部會再根據(jù)驅(qū)動器設(shè)定的速度及加 / 減速率所組成的命令(Command)與 hall-sensor信號變化的速度加以比對 ( 或由軟件運算) 再來決定由下一組(AH、BL 或 AH、CL 或 BH、CL 或 ) 開關(guān)導通，以及導通時間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉(zhuǎn)速快或慢的方式，如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達到較精準速度控制的核心。電機驅(qū)動器的保護措施對于驅(qū)動器還要有保護措施， 當負載過大或不當使用時會造成大電流而將功率晶體管燒毀。為了保護因電流超過規(guī)格而破壞驅(qū)動器，一般會以加大功率晶體管耐電流或加電流 sensor 做為保護。其次當電機負載不小的時候，在停止轉(zhuǎn)動時由電機端回送至驅(qū)動器的能量及過電壓都