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直流无刷电机控制的要素

2022-10-11 08:45:32

无刷电机无需使用电机电刷,因而广泛用于当今的许多应用中。

转子在每次换向时都会继续跟随定子转动,所以电机能够持续运转。然而,这两种直流电机的定子绕组采用不同的几何形状,因此可产生不同的反电动势 (BEMF) 响应。BLDC BEFM 为梯形。PMSM 电机的 BEMF 则为正弦曲线形,因此线圈绕组以正弦方式缠绕。为大限度地提高性能,这些电极通常采用正弦波换向。

  BLDC 和 PMSM 电机(图 1)在运行时通过其绕组产生电动势。在任何电机中,由于运动,产生的 EMF 称为反电动势 (BEMF),这是因为无刷电机电机中感应的电动势与发电机的电动势相反。

  为实现控制 PMSM 电机的正弦波形,需要使用磁场定向控制 (FOC) 算法。FOC 通常用于大限度地提高 PMSM 三相电机的效率。与 BLDC 的梯形控制器相比,PMSM 的正弦控制器更为复杂,成本也更高。然而,无刷电机成本的增加也带来了一些优势,如减少了电流波形中的噪声和谐波。BLDC 的主要优势是更易于控制。建议根据应用需求来选择电机。

  BLDC 和 PMSM 电机可带传感器,也可不带传感器。带传感器的电机(图 2)适用于需要在负载条件下起动电机的应用。这些电机使用霍尔传感器,传感器嵌入电极定子中。从本质上说,传感器就是一种开关,其数字输出等同于检测到的磁场极性。电机的每个相都需要使用一个单独的霍尔传感器。无刷电机三相电机需要三个霍尔传感器。不带传感器的电机需要将电机用作传感器,采用算法来运行。它们依赖于 BEMF 信息。通过对 BEMF 进行采样,可推断出转子的位置,从而无需使用基于硬件的传感器。无论电机的拓扑结构如何,控制这些电机需要了解转子位置,这样电机才能有效换向。

  如今,无刷电机计算机程序之类的软件算法(为执行具体任务而设计的一组指令)开始用于控制 BLDC 和 PMSM 电机。这些软件算法通过监控电机运行来提高电机效率,降低运行成本。算法中的一些主要功能包括电机初始化、霍尔传感器位置检测以及用于提高或降低电流基准的开关信号检查。


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