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无刷电机原理简介
在讲解本开源项目之前,还需要再简单科普一下无刷电机的原理,下面我们以三槽两极内转子电机进行讲解。 图1是无刷电机的基本模型示意,电机内部有三个线圈,每个线圈的一端都连接起来,另外一端引出到外部,中间有一个具有N/S两极的永磁铁内转子。
如果我们按照一定的顺序给电机通电,转子就可以旋转起来。我们举例几种给电的情况来进行简单分析和模拟: a.给A通正电压,B通负电压。 A相产生的磁场会吸引转子的S极,B相线圈产生的磁场会吸引转子的N极,转子会转到向左倾斜的位置,如下图所示。(其中每一相产生的磁场我们需要使用右手螺旋定则判断磁场的南极与北极)
b. 给A通正电压,C通负电压。 A相产生的磁场会吸引转子的S极,C相线圈产生的磁场会吸引转子的N极,转子会转到水平位置,如下图所示。
c. 给B通正电压,C通负电压。 B相产生的磁场会吸引转子的S极,C相线圈产生的磁场会吸引转子的N极,转子会转到向右倾斜的位置,如下图所示。
d.给B通正电压,A通负电压。 B相产生的磁场会吸引转子的S极,A相线圈产生的磁场会吸引转子的N极,转子会转到向左倾斜的位置和a种情况类似但转子的南北极相反,如下图所示。
根据前四次的举例,我们可以得出第5、第6次也可以依次类推。 最终我们总结一下每次换相之后转子到达的位置,转动一圈需要换相6次,每次换相角度为60度,如下图所示
以上就是我们控制无刷电机转动的基本原理了,但是要真正的实现无刷电机的驱动,我们还缺少一个最重要的东西,就是如何知道转子已经到达预定位置,因为我们只有知道了转子到达了预定位置之后才能进行换相,这样电机才能顺滑的运转。转子位置检测常用的有三种方式。 方式一:通过过零检测,三相相电压与电机中性点电压进行比较,比较器输出的三路信号就类似于霍尔的三路信号一样。过零检测的优点在于电机与驱动连接的线较少,但是缺点在于启动的时候需要开环启动,会导致低速的时候控制效果差,并且硬件电路会更加复杂。当然也有其他办法使得在无感的方式下低速控制效果也不错,但是会大大增加软件上的复杂程度。
方式二:通过安装霍尔检测转子位置,一共安装三个霍尔分别间隔120度安装,霍尔输出的波形如下图所示(使用逻辑分析仪采集到的波形),每当波形改变的时候就需要进行换相。优点是电路结构简单,缺点是电机成本会稍微高一点点。
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