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無傳感器控制無刷直流電機(jī)方法
來源：深圳市鑫海文科技有限公司|發(fā)布時(shí)間：2019-05-29 19:20
那么，無刷直流電機(jī)控制方法有很多種，但是最近很多朋友問起無傳感器控制的無刷直流電機(jī)是怎么運(yùn)動(dòng)的？又是如何控制的？今天就和大家一起探討一下。
無刷直流電機(jī)已經(jīng)成為了我們生活中不可或缺的一部分了，不論我們走到哪里都有無刷直流電機(jī)的身影，比如房子里的風(fēng)扇、烘干機(jī)、洗衣機(jī)等等，電動(dòng)機(jī)占我們每天使用的能量的很大一部分，因此我們可以更有效地旋轉(zhuǎn)電機(jī)，和壓縮機(jī)，洗滌和烘干我們的衣服，甚至混合了關(guān)鍵的冰咖啡飲料，用于我們下午的咖啡因。電動(dòng)機(jī)占我們每天使用的能量的很大一部分，因此我們可以更有效地旋轉(zhuǎn)電機(jī)，我們可以節(jié)省更多的能源。而且，因?yàn)樗鼈冊(cè)谌绱硕嗟漠a(chǎn)品中并且執(zhí)行許多不同的功能，所以能夠精確地控制電動(dòng)機(jī)是非常重要的任務(wù)。
鑫海文為任何類型的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)提供電機(jī)控制解決方案。特別數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）和PIC24微控制器（MCU）產(chǎn)品可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制，為電機(jī)控制系統(tǒng)帶來精確的控制和效率。鑫海文最新的dsPICDSC產(chǎn)品具有創(chuàng)新功能和低價(jià)格，可滿足無傳感器無刷直流系統(tǒng)的需求。
無傳感器控制無刷直流電機(jī)的方法：
最受歡迎的電機(jī)類型之一是無刷直流電機(jī)（BLDC）。直流無刷電機(jī)的關(guān)鍵特性是它沒有刷子！BLDC內(nèi)部是一個(gè)永久磁鐵，連接在旋轉(zhuǎn)的軸或轉(zhuǎn)子上。直流無刷電機(jī)具有圍繞轉(zhuǎn)子定位的三組線圈。
然而，當(dāng)轉(zhuǎn)子與由通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)動(dòng)作停止。為了保持轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，線圈以特定的順序通電，彼此相位相差120°。這就是直流無刷電機(jī)成為“三相電機(jī)”的原因。參見下圖
圖1：為了保持轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，線圈以特定順序通電，彼此異相120°。
使線圈通電和斷電以保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過程稱為換向。使BLDC成為具有吸引力的電動(dòng)機(jī)的原因在于，電轉(zhuǎn)換發(fā)生，而轉(zhuǎn)子和線圈之間沒有任何機(jī)械相互作用。這使得直流無刷電機(jī)非常可靠并且同時(shí)相對(duì)便宜地構(gòu)建。控制直流無刷電機(jī)的挑戰(zhàn)是知道何時(shí)換向，因?yàn)閾Q向必須在旋轉(zhuǎn)期間的精確點(diǎn)處發(fā)生，以使電機(jī)具有最大扭矩和平穩(wěn)操作。大多數(shù)直流無刷電機(jī)系統(tǒng)使用霍爾效應(yīng)傳感器來檢測(cè)軸在其旋轉(zhuǎn)的位置，從而檢測(cè)何時(shí)換向。這會(huì)在布線和傳感器中引入更多成本，并導(dǎo)致另一個(gè)故障點(diǎn)。更先進(jìn)的系統(tǒng)是通過檢測(cè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)（反電動(dòng)勢(shì)）來完全消除傳感器，并根據(jù)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)計(jì)算何時(shí)換向。數(shù)字信號(hào)控制器，如dsPICDSC，大大簡(jiǎn)化了這種“無傳感器”電機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。
字信號(hào)控制器提供MCU的所有功能，使用這些方便的“工具”，幾乎可以對(duì)任何電機(jī)類型進(jìn)行數(shù)字控制。Microchip關(guān)于無傳感器直流無刷電機(jī)控制的應(yīng)用筆記AN1160中描述了一個(gè)示例，其中包括易于理解的示例軟件。此外，市場(chǎng)上有許多電機(jī)控制工具使學(xué)習(xí)變得簡(jiǎn)單但通常成本過高。打破這一成本障礙的是Microchip的90美元電機(jī)控制入門套件（圖2）。該套件采用Microchip最新的低成本，高性能dsPICDSC。通過先進(jìn)的電機(jī)控制系統(tǒng)，我們來看看無傳感器BLDC系統(tǒng)的工作原理以及低成本無傳感器BLDC開發(fā)系統(tǒng)的外觀。
再看一下圖1.注意總是有一個(gè)線圈（或相位）沒有被驅(qū)動(dòng)？電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)將在此階段可見，因?yàn)樗鼪]有被驅(qū)動(dòng)。通過檢測(cè)該相的電壓，可以重建該相的反電動(dòng)勢(shì)波形。通過精心計(jì)時(shí)，可以對(duì)電機(jī)的每個(gè)相位進(jìn)行此操作，從而可以重建所有三個(gè)反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。由于換向時(shí)間基于電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，因此可以從重建的反電動(dòng)勢(shì)波形中找到換向時(shí)間，從而無需傳感器。有關(guān)反電動(dòng)勢(shì)采樣，重建反電動(dòng)勢(shì)波形以及檢測(cè)何時(shí)應(yīng)進(jìn)行換向的詳細(xì)信息，請(qǐng)參見許多供應(yīng)商提供的眾多應(yīng)用說明。Microchip的應(yīng)用筆記AN1160使用過零方法來檢測(cè)何時(shí)進(jìn)行換向，并在采樣的反EMF波形上使用數(shù)字濾波器，以降低通過切換電機(jī)驅(qū)動(dòng)器引入的噪聲。其他供應(yīng)商在其應(yīng)用筆記中使用類似的方法來實(shí)現(xiàn)無傳感器BLDC控制。
雖然應(yīng)用筆記和示例軟件在解釋無傳感器BLDC系統(tǒng)如何工作方面非常有用，但現(xiàn)實(shí)世界是一個(gè)更好的老師。旋轉(zhuǎn)真實(shí)的電機(jī)并在真實(shí)的數(shù)字信號(hào)控制器上執(zhí)行軟件可以快速地說明許多概念，這些概念可能只是通過閱讀應(yīng)用筆記而容易被誤解。為此，有許多無傳感器BLDC開發(fā)板可供使用。Microchip的電機(jī)控制入門工具包（MCSKDM330015-ND）是目前市場(chǎng)上價(jià)格最低，功能最齊全的電路板之一。MCSK包括一個(gè)高性能dsPIC數(shù)字信號(hào)控制器，一個(gè)板載USB編程器和調(diào)試器，一個(gè)直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)直流無刷電機(jī)。見圖2。
學(xué)習(xí)需要能夠看到系統(tǒng)中的所有信號(hào)，因此MCSK包含測(cè)試點(diǎn)，可以輕松連接示波器并查看所有重要信號(hào)，包括輕松訪問電機(jī)相位。MCSK還采用了Microchip的電容式觸摸技術(shù)，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新且可靠的人機(jī)界面。所有內(nèi)置都安裝在電路板上，包括電機(jī)，只需一塊電路板即可在任何地方進(jìn)行學(xué)習(xí)型無傳感器直流無刷電機(jī)控制。
MCSK上包含的dsPICDSC是Microchip的新型超低成本dsPIC33FJ16MC204。該器件具有16MIPS，16KB閃存，具有足夠的性能，存儲(chǔ)器和外設(shè)，適用于無傳感器直流無刷電機(jī)控制。外設(shè)集包括Microchip業(yè)界領(lǐng)先的電機(jī)控制PWM模塊，極大地簡(jiǎn)化了為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器生成PWM信號(hào)的過程。還包括標(biāo)準(zhǔn)通信外設(shè)，如UART，I²C™和SPI。這些新器件還包括Microchip的電容式觸摸外設(shè)，可實(shí)現(xiàn)電容式觸摸傳感和精確的電流測(cè)量。對(duì)于要求更高的應(yīng)用，Microchip還提供了到40和60MIPS處理器的簡(jiǎn)單遷移路徑，這些處理器兼容代碼和功能，內(nèi)存容量范圍為32KB至512KB閃存。
電機(jī)和電機(jī)控制方法為我們周圍的系統(tǒng)帶來了更高的效率和可靠性。直流無刷電機(jī)的低成本和高可靠性將繼續(xù)使其成為電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的流行選擇。通過降低成本和提高可靠性，無傳感器BLDC控制也將繼續(xù)普及。開發(fā)工具和軟件，如Microchip的MCSK和應(yīng)用筆記AN1160，將進(jìn)一步加速這一趨勢(shì)，使電機(jī)傳感器成為過去。
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鑫海文長(zhǎng)期致力于無刷驅(qū)動(dòng)器方案的研發(fā)，高壓/低壓無刷驅(qū)動(dòng)器的研發(fā)生產(chǎn)。鑫海文擁有豐富開發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)研發(fā)技術(shù)團(tuán)隊(duì)。選擇鑫海文，個(gè)性化定制專業(yè)解決方案。
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