無刷直流電機(jī)控制的6大要素，了解BLDC和PMSM型電機(jī)原理
電機(jī)控制在實(shí)現(xiàn)這些承諾方面發(fā)揮著主要作用，理解基本原理是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的第一步。無刷直流(BLDC)電機(jī)管理的電機(jī)控制的關(guān)鍵要素，以及它如何在降低成本、節(jié)省空間和提高性能的同時提高效率。
1、不同的電機(jī)類型
有幾種類型的電機(jī)控制拓?fù)淇捎茫河兴?、無刷直流(BLDC)、步進(jìn)和感應(yīng)。兩種最密切相關(guān)的無刷電機(jī)類型是BLDC和永磁同步電機(jī)(PMSM)。
無刷電機(jī)在當(dāng)今的許多應(yīng)用中變得非常流行，因?yàn)樗鼈兿藢﹄姍C(jī)電刷的需要。這些BLDC拓?fù)涫褂脫Q向邏輯來移動轉(zhuǎn)子，使其更加高效和可靠。
有刷電機(jī)的換向由電刷/換向器接口產(chǎn)生。該界面會導(dǎo)致摩擦和電弧，隨著時間的推移會降低電刷的性能。這種摩擦?xí)a(chǎn)生熱量并縮短電機(jī)壽命。
與有刷電機(jī)相比，BLDC電機(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn)。它們節(jié)能、更小、更輕、更安靜、更可靠且更耐用。此外，它們提供精確的速度控制，更適合變速應(yīng)用。
2、了解BLDC和PMSM型電機(jī)
BLDC和PMSM電機(jī)根據(jù)同步電機(jī)的原理工作。轉(zhuǎn)子在每次換向時繼續(xù)追逐定子，因此電機(jī)連續(xù)運(yùn)動。然而，這兩種直流電機(jī)的定子繞組具有不同的幾何形狀，因此它們會產(chǎn)生不同的反電動勢(BEMF)響應(yīng)。BLDC BEFM是梯形的。PMSM電機(jī)具有正弦BEMF，因此線圈繞組以正弦方式纏繞。為了最大限度地提高性能，這些電機(jī)通常使用正弦波換向。
BLDC和PMSM電機(jī)在運(yùn)行時通過其繞組產(chǎn)生BEMF。在任何電機(jī)中，由于運(yùn)動，產(chǎn)生的電動勢稱為反電動勢(BEMF)，因?yàn)殡姍C(jī)中感應(yīng)的電動勢與發(fā)電機(jī)的電動勢相反。
3、磁場定向控制的解釋
要獲得控制PMSM電機(jī)的正弦波形，需要磁場定向控制(FOC)算法。FOC通常用于最大限度地提高PMSM三相電機(jī)的效率。PMSM的正弦控制器比BLDC梯形控制器更復(fù)雜、成本更高。然而，這種成本增加帶來的優(yōu)點(diǎn)是電流波形中的噪聲更低和諧波更少。BLDC的主要優(yōu)點(diǎn)是更易于控制。最終，選擇哪種電機(jī)最好取決于其應(yīng)用。
4、帶傳感器和無傳感器的BLDC和PMSM電機(jī)
BLDC和PMSM電機(jī)可以是帶傳感器或無傳感器的。帶傳感器的電機(jī)用于需要電機(jī)在負(fù)載條件下啟動的應(yīng)用。他們使用嵌入電機(jī)定子中的霍爾傳感器。傳感器本質(zhì)上是一個開關(guān)，其數(shù)字輸出等于感測到的磁場極性。電機(jī)的每相都需要一個單獨(dú)的霍爾傳感器。因此，三相電機(jī)需要三個霍爾傳感器。無傳感器電機(jī)需要算法來使用電機(jī)作為傳感器進(jìn)行操作。他們依賴于BEMF信息。通過對BEMF進(jìn)行采樣，可以推斷出轉(zhuǎn)子位置，從而無需使用基于硬件的傳感器。無論電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何，控制這些機(jī)器都需要知道轉(zhuǎn)子位置，以便可以有效地?fù)Q向電機(jī)。
5、電機(jī)控制軟件算法
軟件算法（即設(shè)計(jì)用于執(zhí)行特定任務(wù)的一組指令），如計(jì)算機(jī)程序，用于控制BLDC和PMSM電機(jī)。這些軟件算法通過監(jiān)視和控制電機(jī)運(yùn)行來提高效率并降低運(yùn)營成本。算法的一些主要功能是電機(jī)初始化、霍爾傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測以及用于增加或減少電流參考的開關(guān)信號檢查。
6、控制器如何處理電機(jī)傳感器信息
三相BLDC電機(jī)有六個狀態(tài)。如下圖所示，三位代碼可用于表示1到6之間的操作碼編號。放置傳感器以使用八個操作碼中的六個（1到6）提供三位數(shù)據(jù)輸出。此信息很有用，因?yàn)榭刂破骺梢源_定何時發(fā)出了非法操作碼并根據(jù)合法操作碼（1到6）采取行動。如下所示，該算法獲取霍爾傳感器操作碼并對其進(jìn)行解碼。當(dāng)霍爾傳感器操作碼的值發(fā)生變化時，控制器改變通電方案以實(shí)現(xiàn)換向。微控制器使用操作碼從查找表中提取通電信息。在三相逆變器用新的扇區(qū)命令通電后，磁場移動到新的位置，推動轉(zhuǎn)子隨之移動。
