電機控制- 無刷直流(BLDC) 電機
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無刷直流 (BLDC) 電機主推產品簡介 (點擊下載) |
器件型號:RDK_BLDC |
Stellaris LM3S8971 BLDC Board Data Sheet(點擊下載) | The Stellaris® Brushless DC (BLDC) Motor Control Reference Design Kit (RDK-BLDC) with Ethernet and CAN contains all the necessary hardware and software for you to design, develop, and integrate your BLDC motor applications. |
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無刷直流(BLDC) 電機可以想象成與刷式直流電機截然相反,其中永久磁性在轉子上,而繞線在定子上。因此,該電機沒有刷子和換向器,消除了與刷式直流電機產生火花相關的劣勢。
該電機被稱為直流電機,是因為其線圈通過直流電源驅動,而直流電源是按預定順序的形式應用到不同的定子線圈。這一過程稱為換向。但是,BLDC 并不恰當,因為該電機實際上屬于交流電機。在電路循環過程中,每個線圈中的電流正負交替。定子一般是凸極結構,旨在產生梯形反電動勢波形,盡可能符合所應用的換向電壓波形。但是實際上很難做到,產生的反電動勢波形通常更像正弦,而非梯形。因此,PMSM 電機使用的許多控制技術(如場定向控制)同樣適用于BLDC 電機。
對BLDC 電機的另一個誤解是關于其如何驅動。不同于開環步進應用中驅動的定子線圈決定轉子位置,在BLDC 電機中,轉子位置決定要驅動哪個定子線圈。定子磁通矢量位置必須與轉子磁通矢量位置保持同步(而非相反),以使電機操作順暢。要實現這一目的,需要了解轉子位置來確定要驅動的定子線圈?,F有多種技術可實現這一目的,但最常用的技術是使用霍爾效應傳感器監控轉子位置。遺憾的是,這些傳感器及其相關連接器和線束會增加系統成本,并降低可靠性。
為減少這些問題,已有多種技術開發出來用于消除這些傳感器,進而實現無傳感器操作。多數技術依靠在電機旋轉時,從定子繞線的反電動勢波形中提取位置信息。但是,依靠反電動勢傳感的技術在電機旋轉緩慢或靜止時便無用武之地,因為此時反電動勢波形很弱或根本不存在。因此,我們不斷開發新技術,以在低轉速或零轉速時從其它信號中獲取轉子位置信息。
BLDC 電機在效率額定值方面占絕對優勢,一般可達到95% 左右。當前對新非晶合金材料的研究正在將這一數字推向新高。已有報道稱100W 范圍內效率為96%。BLDC 電機還在爭奪“世界最快電機”之稱,部分電機速度可達到數十萬RPM(其中一項應用中已報道400K RPM)。
最常用的BLDC 電機拓撲使用3 相定子結構。因此,標準的6 晶體管反向器是最常用的功率級,如圖所示。根據運行要求(含傳感器與無傳感器、換向與 正弦、PWM 與SVM 等),有很多方法可驅動晶體管來達到所需目標,不勝枚舉。這對一般位于微處理器中的PWM 發生器的靈活性提出了極高要求。好消息是,TI 的電機控制處理器可輕松滿足這些要求。
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