无刷直流电机控制电路
如果需要电机旋转,就需要给电机转子一个旋转磁场。对于三相无刷直流电机来说,直流电压源只为三相逆变器提供恒定电压,因此直流电需要通过三相逆变器转换为三相电流,为电机中的不同线圈对通电。顺序。
BLDC电机可以通过下图所示的三相逆变电路来实现电机的换相逻辑。本质上是通过控制Q0~Q5开关的通断来控制右侧三相A、B、C电机的定子。为了产生所需的正弦电压,我们需要控制的是这六个开关的开关周期。这里涉及到一个算法,我们后面会讲到,就是空调矢量脉宽调制(SVPWM)。
下图中的BLDC 电机在非驱动端的定子中嵌入了三个霍尔传感器。正如我们上面提到的,每当电机旋转60 电角度时,其中一个霍尔传感器就会改变状态。所以完成一个点循环需要六个步骤。
带霍尔传感器的BLDC 电机控制电路
那么对于没有霍尔传感器的BLDC电机电路,我们如何确定电机转子的位置呢?
无霍尔传感器的BLDC 电机控制电路
这里需要引入反电动势的概念。当电机旋转时,每个线圈绕组都会产生反电动势。根据楞次定律(来、拒、留、增、减),电动势的方向与线圈绕组的电压相反,而这个反电动势的极性与励磁电压相反。
霍尔传感器信号、反电动势、输出扭矩和电流对比图:
我们可以看到,电机每次换向,即霍尔传感器信号跳变,一绕组为正,一绕组为负,一绕组保持开路状态。此时,反电动势的电压极性由正变负或由负变正,即反电动势过零值。这是我们通过识别反电动势的零交叉点来识别转速位置反转的过程。
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BLDC电机控制算法的选择
简单来说,BLDC电机有两种控制方式:六步换向方波控制和磁场定向控制(FOC)。
BLDC 电机和永磁同步电机(PMSM) 的结构相似。一般来说,PMSM电机的控制通常只采用磁场定向控制方法。
六步换向方波控制方法比磁场定向控制方法简单。一次只有两相通电,不需要帕克和克拉克变换。但六步换向方波控制的转矩脉动较大,噪声较大。这里我们只讲磁场定向控制方法。
一对磁极和两对磁极的BLDC电机运行动画
磁场定向控制(FOC)是一种高性能交流电机控制策略,可以实现电压矢量控制,从而实现电机定子磁场的矢量控制。可以保证定子磁场和转子磁场始终保持90,在一定电流下达到最大电压。扭矩输出。 FOC具有良好的低速模式控制性能(性能取决于速度反馈方式)、优异的正向和反向切换性能,并且FOC可以进行电流(扭矩)、速度、角度三种闭环控制。采用正弦波控制,噪声会比方波控制小很多。