三相直流无刷电机驱动

有霍尔BLDC的基本原理是用所谓“六步换向法”,根据转子当前的位置,按照一定的顺序给定子绕组通电使BLDC电机转动。
一个简单的BLDC的构造如图所示。电机外层是定子,包含电机绕组。多数BLDC都有三个Y型连接的绕组,这些绕组中的每一个都是由许多线圈互连组成的。电机内部是转子,由围绕电机圆周的磁性相反的磁极组成。图中显示了仅带有两个磁极(南北磁极)的转子,在实际应用中,大多数电机的转子具有多对磁极。
三相直流无刷电机驱动_第1张图片

BLDC电机驱动电路的基本模型如图所示。通过开关管Q0~Q5来控制电机三相绕组的通电状态,开关管可以为IGBT或者功率MOS管。其中位于上方即与电源正端连接的开关管称为“上桥”,下方即与电源负端连接的开关管称为“下桥”。

三相直流无刷电机驱动_第2张图片
若Q1、Q4打开,其它开关管都关闭,则电流从电源正端经Q1、A相绕组、C相绕组、Q4流回电源负端。流过A、C相定子绕组的电流会产生一个磁场,由右手定则可知其方向与B相绕组平行。由于转子是永磁体,在磁场力的作用下会向著与定子磁场平行的方向旋转,即转到与B相绕组平行的位置,使转子的北磁极与定子磁场的南磁极对齐。
类似地,打开不同的上、下桥臂MOS管组合,就可控制电流的流向,产生不同方向的磁场,使永磁体转子转到指定的位置。要使BLDC电机按指定的方向连续转动,就必须按一定的顺序给定子绕组通电。从一种通电状态到另一种通电状态的切换称为“换相”,例如从AB通电变化到AC通电。换相使转子旋转到下一个位置。
上下桥臂各3个开关管,共六种组合,因此每60°变化一次,经过六步换相就能使电机旋转一个电气周期。这就是所谓的“六步换相法”。 要使转子具有最大的转矩,理想的情况是使定子磁场与转子磁场方向垂直。但是实际上由于定子磁场方向每60°才变化一次,而转子在一直不停旋转,不可能时刻使它们保持90°的相位差。最优化的方法就是在每次换相时使定子磁场领先转子磁场方向120°电角度,这样在接下来转子旋转60°的过程中,定子磁场与转子磁场方向的夹角从120°变化到60°,转矩的利用率最高。
为了确定按照通电顺序哪一个绕组将得电,必须知道转子当前的位置。在有霍尔的BLDC中,转子的位置由定子中嵌入的霍尔效应传感器检测。

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