直流无刷电机的原理及其控制 -...
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直流无刷电机的原理及其控制
2014英飞凌XMC 微控制器巡回研讨会
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内容
直流无刷电动机结构及工作原理
直流无刷电机的控制技术
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直流无刷电动机(BLDC)结构及工作原理
电机工作的基本原理
1)通电导体产生磁场,特别的,通电线圈的磁场和磁体类似
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直流无刷电动机(BLDC)结构及工作原理
2)磁体同性相吸、异性相斥,通电线圈和永磁体之间同样存在这样的现象
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无刷直流电动机(BLDC)结构及工作原理
无刷直流电机利用了通电线圈和永磁体的相互作用原理
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定子(通电线圈),定子绕组多采用三相并以星形方式连接
转子(永磁体)
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无刷直流电动机(BLDC)结构及工作原理
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无刷直流电机的逻辑结构
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直流无刷电动机(BLDC)结构及工作原理
直流无刷电机的简化逻辑结构
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转子可以简化为1对磁极的磁体 定子线圈,根据其绕线方式,可以简化为3个公共点相连的线圈
A
B C
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直流无刷电动机(BLDC)结构及工作原理
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通电的线圈会产生各自的磁场,他们的合成磁场满足矢量合成的原则
合成磁场 N极
S极
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直流无刷电动机(BLDC)结构及工作原理
直流无刷电机的6拍工作方式,线圈产生旋转磁场
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S N
S N
A+C- A+B- C+B-
B+C- B+A- C+A-
6
1 2 3
5 4
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无刷直流电动机(BLDC)结构及工作原理
附:电角度和机械角度
机械角度是指电机转子的旋转角度,由Θm表示;
电角度是指磁场的旋转角度,由Θe表示。
当转子为一对极时, Θm = Θe;
当转子为n对极时, n *Θm =Θe 。
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内容
直流无刷电动机结构及工作原理
直流无刷电机的控制技术
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BLDC霍尔传感梯形波控制原理
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梯形波控制
根据转子磁极位置,对定子线圈进行换相通电,形成6步的旋转磁场,
进而带动转子同步转动的控制方式。
关键技术1—通过安装在电机上的霍尔器件来获取转子磁极位置信息。
关键技术2—通过6个功率器件组成的3相半桥来控制线圈的6拍通电___________方式,形成旋转磁场。
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BLDC霍尔传感梯形波控制原理
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,它可以有效的反映通过霍尔原件的磁密度
Hall = 1 Hall = 0
N
S
S
N
有正向磁场通过霍尔,输出“1” 有反向磁场通过霍尔,输出“0”
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霍尔信号实例
当霍尔在和电机的转子做相对运动时,会随着转子下磁密度的变化,产生变化的信号
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霍尔的安装示例
0°
120°
240°
在电机中安装3个电角度相差120°的霍尔原件,可以有效的反映电机转子位置
电角度(120°x4)%360°=120°
电角度(240°x4)%360°=240°
电角度 0°
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霍尔信号的六步变换
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电机按一定方向转动时,3个霍尔的输出会按照6步的规律变化
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BLDC梯形波控制原理
VDC
A+
A-
B+
B-
C+
C-
A B
C
H1
H2
H0
箭头表示绕组励磁电流的方向及产生的磁场的方向
定子磁场方向,即绕组产生磁场的矢量和
转子磁场方向 (永磁体)
当霍尔传感器感应到“N”时,输出高电平
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NS
A B
C
H1
H2
H0 VDC
C+ B+
A-
A+
B- C-
C+ B+
A-
A+
B- C-
BLDC梯形波控制原理
霍尔信号采样及比较 换相操作 输出控制
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三相半桥的6拍换向控制
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VDC
A+
A-
B+
B-
C+
C-
A B
C
VDC
A+
A-
B+
B-
C+
C-
A B
C
VDC
A+
A-
B+
B-
C+
C-
A B
C
VDC
A+
A-
B+
B-
C+
C-
A B
C
VDC
A+
A-
B+
B-
C+
C-
A B
C
VDC
A+
A-
B+
B-
C+
C-
A B
C
B+A-
B+C-
A+C-
A+B-
C+B-
C+A-
1
2
3
4
5
6
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BLDC的正反转控制
正
转
霍尔 #1 霍尔 #2 霍尔 #3 A+ A- B+ B- C+ C- 方向
1 0 1 关闭 开通 关闭 关闭 开通 关闭 ↓
0 0 1 关闭 开通 开通 关闭 关闭 关闭 ↓
0 1 1 关闭 关闭 开通 关闭 关闭 开通 ↓
0 1 0 开通 关闭 关闭 关闭 关闭 开通 ↓
1 1 0 开通 关闭 关闭 开通 关闭 关闭 ↓
1 0 0 关闭 关闭 关闭 开通 开通 关闭 ↓
反
转
霍尔 #1 霍尔 #2 霍尔 #3 A+ A- B+ B- C+ C- 方向
1 0 1 关闭 关闭 开通 关闭 关闭 开通 ↑
0 0 1 开通 关闭 关闭 关闭 关闭 开通 ↑
0 1 1 开通 关闭 关闭 开通 关闭 关闭 ↑
0 1 0 关闭 关闭 关闭 开通 开通 关闭 ↑
1 1 0 关闭 开通 关闭 关闭 开通 关闭 ↑
1 0 0 关闭 开通 开通 关闭 关闭 关闭 ↑
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BLDC的调速
通过PWM控制的方式调速
把连续的开通,转变为开/关交替的PWM形式,来实现调速控制
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续流时候可以通过上桥臂MOSFET续流,减小损耗
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调制技术
通过调制技术可以有效的解决续流时候的损耗
无调制 高边调制 低边调制
续流时候完全通过反向二极管续流,损耗较大
续流时候可以通过下桥臂MOSFET续流,减小损耗
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