無(wú)刷直流電機如何控制？

在微型直流電機應用中，有刷直流電機和無(wú)刷直流電機各占據了半壁江山，有刷直流電機以低成本、控制簡(jiǎn)單、扭矩大為特點(diǎn)，被廣泛應用，而無(wú)刷直流電機一直被認為成本高、控制復雜，那么無(wú)刷直流電機控制到底有多復雜呢？下面天孚微電機來(lái)聊一聊無(wú)刷直流電機的控制。
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　　??無(wú)刷直流電機的基本介紹：無(wú)刷直流電機與有刷直流電機的不同之處在于沒(méi)有換向器與電刷，減少了磨損，采用電子換向使直流電機的效率也大大了提升（約百分之二三十左右）。而控制的復雜也導致了成本增加，直流電機電子整流需要監控電路來(lái)保證轉速和轉矩控制線(xiàn)圈的通電時(shí)間，保證直流電機運行的峰值效率。

　　無(wú)論是何種直流電機，都是遵循電能轉換機械能的規律，電流在通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)便會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)，而第二個(gè)磁場(chǎng)的存在繞組上產(chǎn)生一個(gè)力達到最大時(shí),導體在90°第二個(gè)字段。增加線(xiàn)圈的數量可以提高電機輸出和平滑輸出功率。

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　　直流電機復雜的控制：目前，直流無(wú)刷電機常見(jiàn)的控制方式為PWM，也叫做脈寬調制控制，原理是通過(guò)將輸入的直流電壓轉換成調制的驅動(dòng)電壓，PWM控制可提供精確的控制速度和扭矩，它的是在高頻率發(fā)生的開(kāi)關(guān)損耗和發(fā)生在低頻率的波紋電流之間的一種平衡，在極端情況下，會(huì )損壞電動(dòng)機。通常，PWM頻率至少比最大電機轉速高一個(gè)數量級。
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　　電子交換有三種控制方式，即梯形、正弦、磁場(chǎng)定向控制，其中梯形是最簡(jiǎn)單的一種，但是缺點(diǎn)是會(huì )導致直流電機的扭矩波紋，尤其是在低轉速時(shí)比較明顯。正弦控制則更復雜一些，但是這種方式可以減小直流電機的轉矩脈動(dòng)，輸出功率也更加平穩。磁場(chǎng)定向控制比較依賴(lài)測量和調整定子電流，這種控制方式比正弦更有效，動(dòng)態(tài)負載變化比其他控制技術(shù)性能更好，幾乎是沒(méi)有轉矩脈動(dòng)，更加平穩、精確的控制。
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　　在使用梯型控制的直流電機中，其MOSFET的橋接開(kāi)關(guān)必須在一個(gè)精確定義的序列中發(fā)生，才能使直流電機有效運行，而開(kāi)關(guān)順序由轉子磁體和定子繞組的相對位置來(lái)決定。

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　　傳感器與無(wú)傳感器直流電機：最為常見(jiàn)的是采用三個(gè)霍爾傳感器嵌入定子和安排在相等的時(shí)間間隔，一般是在60°、120°，無(wú)傳感器控制技術(shù)需要電氣連接。在配備傳感器的直流電機中，每個(gè)霍爾傳感器與一個(gè)開(kāi)關(guān)相結合，開(kāi)關(guān)會(huì )產(chǎn)生一個(gè)邏輯高或低型號，換向就是由霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)的邏輯型號組合成的，無(wú)論什么情況，至少會(huì )要有一個(gè)傳感器由一個(gè)轉子磁極觸發(fā)而產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖。

　　無(wú)傳感器直流電機利用的是電動(dòng)勢，電動(dòng)勢傾向于阻抗電機的旋轉，被稱(chēng)之為反電動(dòng)勢，對于給定電機的固定磁通量和繞組數，電動(dòng)勢與轉子的角速度成正比。通過(guò)對反電動(dòng)勢的監測，用微控制器可以確定定子和轉子的相對位置，因此就不需要霍爾傳感器了，這也簡(jiǎn)化了直流電機的結構，減少了直流電機線(xiàn)路的連接，也提高了可靠性。值得注意的是，直流電機在靜止時(shí)是不會(huì )產(chǎn)生反電動(dòng)勢的，控制器就沒(méi)有辦法確定啟動(dòng)時(shí)直流電機的位置，這就需要在開(kāi)環(huán)配置中來(lái)啟動(dòng)直流電機，直到控制器產(chǎn)生足夠的電動(dòng)勢來(lái)確定轉子、定子的位置再進(jìn)行接管。像一些禁用反向旋轉的直流電機，就需要更復雜的控制機制了，這時(shí)不多贅述。


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