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2024-11-06 08:00:00
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详细介绍
使用逆变器控制电机

    那么U、V、W各相上的电流又如何呢?为便于理解,回想120度通电控制的情况看看吧。请再次查看图3。在通电模式1时,电流从U流至W;在通电模式2时,电流从U流至V。可以看出,每当有电流流动的线圈的组合发生改变时,合成磁通量箭头的方向也会发生变化。

    接下来,请看通电模式4。在该模式下,电流从W流至U,与通电模式1的方向相反。在DC电机中,像这样的电流方向的转换是由换向器和刷子的组合来进行了。但是,BLDC电机不使用这样的接触型的方法。使用逆变器电路,更改电流的方向。在控制BLDC电机时,一般使用的是逆变器电路。

    另外逆变器电路可改变各相中的外加电压,调整电流值。电压的调整中,常用的是PWM(Pulse Width Modulation=脉冲宽度调制)。PWM是一种通过调整脉冲ON/OFF的时间长度改变电压的方法,重要的是ON时间和OFF时间的比率(占空比)变化。若ON的比率较高,可以得到和提高电压相同的效果。若ON的比率下降,则可以得到和电压降低相同的效果(图5)。

    为了实现PWM,现在还有配备了专用硬件的微电脑。进行正弦波控制时需控制3相的电压,因此比起只有2相通电的120度通电控制来说,软件要稍稍复杂一些。逆变器是对驱动BLDC电机必要的电路。交流电机中也使用了逆变器,但可以认为家电产品中所说的“逆变器式”几乎使用的是BLDC电机。

图5:PWM输出与输出电压的关系

    变更某时间内的ON时间,以变更电压的有效值。ON时间越长,有效值越接近施加电压时(ON时)的电压。

使用位置传感器的BLDC电机

    以上是BLDC电机的控制的概况。BLDC电机通过改变线圈生成的合成磁通量的方向,使转子的永磁体随之变化。

    实际上,在以上的说明中,还有一点没有提到。即BLDC电机中的传感器的存在。BLDC电机的控制是配合着转子(永磁体)的位置(角度)进行的。因此,获取转子位置的传感器是必需的。若没有传感器得知永磁体的方向时,转子可能会转至意料之外的方向。有传感器提供信息的话,就不会出现这样的情况了。

    下表1中显示的是BLDC电机主要的位置检测用传感器的种类。根据控制方式的不同,需要的传感器也是不同的。在120度通电控制中,为判断要对哪个相通电,配备了可每60度输入一次信号的霍尔效应传感器。另一方面,对于精密控制合成磁通量的“矢量控制”(在下一项中说明)来说,转角传感器或光电编码器等高精度传感器较为有效。

    通过使用这些传感器可以检测出位置,但也会带来一些缺点。传感器防尘能力较弱,而且维护也是bukehuoque的。可使用的温度范围也会缩小。使用传感器或为此增加配线都会造成成本的上升,而且高精度传感器本身就价格高昂。于是,“无传感器”这一方式登场了。它不使用位置检测用传感器,以此控制成本,且不需要传感器相关的维护。但此次为了说明原理,因此假定已从位置传感器获得了信息来吧。

表1:位置检测专用传感器的种类及特征

通过矢量控制时刻保持高效率

    正弦波控制为3相通电,流畅地改变合成磁通量的方向,因此转子将流畅地旋转。120度通电控制切换了U相、V相、W相中的2相,以此来使电机转动,而正弦波控制则需要jingque地控制3相的电流。而且控制的值是时刻变化的交流值,因此,控制变得更为困难。

    在这里登场的便是矢量控制了。矢量控制可通过坐标变换,把3相的交流值作为2相的直流值进行计算,因此可简化控制。但是,矢量控制计算需要高分辨率下的转子的位置信息。位置检测有两种方法,即使用光电编码器或转角传感器等位置传感器的方法,以及根据各相的电流值进行推算的无传感器方法。通过该坐标变换可直接控制扭矩(旋转力)的相关电流值,从而实现没有多余电流的高效控制。

    但是,矢量控制中需要进行使用三角函数的坐标变换,或复杂的计算处理。因此,大多情况下都会使用计算能力较强的微电脑作为控制用微电脑,比如配备了FPU(浮点运算器)的微电脑等。


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