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利用反電勢控制無刷驅(qū)動(dòng)器方法和原理
來源：深圳市鑫海文科技有限公司|發(fā)布時(shí)間：2019-06-18 19:16
無刷驅(qū)動(dòng)器顧名思義，它摒棄了傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)中使用的易磨損的電刷，與改進(jìn)了裝置的可靠性的電子控制器替換它們。此外，無刷驅(qū)動(dòng)器可以制造得比具有相同功率輸出的電刷類型更小更輕，使其適用于對(duì)大小有要求的應(yīng)用。
因?yàn)闊o刷驅(qū)動(dòng)器的定子和轉(zhuǎn)子之間沒有機(jī)械或電接觸，所以需要替代布置來指示組件的相對(duì)位置以便于電機(jī)控制。無刷驅(qū)動(dòng)器使用兩種方法中的一種來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，使用霍爾傳感器或測量反電動(dòng)勢。之前的文章已經(jīng)考慮了基于霍爾效應(yīng)傳感器的控制（例如，參見TechZone文章“在BLDC系統(tǒng)中使用閉環(huán)控制”）;本文詳細(xì)介紹了替代的反電動(dòng)勢方法。
無刷驅(qū)動(dòng)器取消傳感器
無刷驅(qū)動(dòng)器消除了構(gòu)成傳統(tǒng)裝置機(jī)械換向器的磨損部件（提高了可靠性）。此外，無刷驅(qū)動(dòng)器提供高扭矩/電機(jī)尺寸比，快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)和幾乎無聲的操作。
BLDC電動(dòng)機(jī)被歸類為同步裝置，因?yàn)槎ㄗ雍娃D(zhuǎn)子的磁場以相同的頻率旋轉(zhuǎn)。定子包括鋼制疊片，軸向開槽以沿內(nèi)周邊容納偶數(shù)個(gè)繞組。轉(zhuǎn)子由具有2至8個(gè)NS極對(duì)的永磁體構(gòu)成。
無刷驅(qū)動(dòng)器的電子換向器依次激勵(lì)定子線圈，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場，使轉(zhuǎn)子“繞”轉(zhuǎn)動(dòng)。通過確保線圈在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間被激勵(lì)來實(shí)現(xiàn)高效操作。
傳感器運(yùn)行良好，但增加了成本，增加了復(fù)雜性（由于額外的布線），并降低了可靠性（部分原因是傳感器連接器容易受到污垢和濕氣的污染）。無傳感器控制解決了這些缺點(diǎn)。
如何利用反電動(dòng)勢控制無刷驅(qū)動(dòng)器
電動(dòng)機(jī)的繞組在切割磁場線時(shí)起到發(fā)電機(jī)的作用。在繞組中產(chǎn)生電勢，以伏特為單位測量并稱為電動(dòng)勢（EMF）。根據(jù)倫茨定律，該EMF產(chǎn)生的次級(jí)磁場與磁通量的原始變化相反，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。簡單來說，EMF可以抵抗電機(jī)的自然運(yùn)動(dòng)，被稱為“背”EMF。對(duì)于給定的固定磁通量和繞組數(shù)量的電動(dòng)機(jī)，EMF的大小與轉(zhuǎn)子的角速度成比例。
無刷驅(qū)動(dòng)器制造商指定一個(gè)稱為反電動(dòng)勢常數(shù)的參數(shù)，可用于估算給定速度的反電動(dòng)勢。可以通過從電源電壓中減去反EMF值來計(jì)算繞組上的電位。電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)使得當(dāng)它們以額定速度運(yùn)行時(shí)，反電動(dòng)勢和電源電壓之間的電位差將使電動(dòng)機(jī)吸收額定電流并提供額定轉(zhuǎn)矩。
將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)超過額定速度會(huì)大大增加反電動(dòng)勢，減小繞組兩端的電位差，從而減小電流并降低轉(zhuǎn)矩。更快地推動(dòng)電動(dòng)機(jī)將導(dǎo)致反電動(dòng)勢（加上電動(dòng)機(jī)損耗）與電源電壓完全相等-此時(shí)電流和轉(zhuǎn)矩都將等于零。
由于反電動(dòng)勢會(huì)降低電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，有時(shí)會(huì)被認(rèn)為是一個(gè)缺點(diǎn)，但是，對(duì)于無刷驅(qū)動(dòng)器，工程師已經(jīng)將這種現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為它們的好處。
用于三相BLDC電動(dòng)機(jī)的換向序列的每個(gè)級(jí)通過正向激勵(lì)其中一個(gè)繞組，第二個(gè)負(fù)向地激勵(lì)并且使第三個(gè)繞組斷開來實(shí)現(xiàn)。
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