直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案-無刷的定義
無刷直流 (BLDC) 電機(jī)可以想象成與刷式直流電機(jī)截然相反，其中永久磁性在轉(zhuǎn)子上，而繞線在定子上。因此，該電機(jī)沒有刷子和換向器，消除了與刷式直流電機(jī)產(chǎn)生火花相關(guān)的劣勢(shì)。
該電機(jī)被稱為直流電機(jī)，是因?yàn)槠渚€圈通過直流電源驅(qū)動(dòng)，而直流電源是按預(yù)定順序的形式應(yīng)用到不同的定子線圈。這一過程稱為換向。但是，BLDC 并不恰當(dāng)，因?yàn)樵撾姍C(jī)實(shí)際上屬于交流電機(jī)。在電路循環(huán)過程中，每個(gè)線圈中的電流正負(fù)交替。定子一般是凸極結(jié)構(gòu)，旨在產(chǎn)生梯形反電動(dòng)勢(shì)波形，盡可能符合所應(yīng)用的換向電壓波形。但是實(shí)際上很難做到，產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)波形通常更像正弦，而非梯形。因此，PMSM 電機(jī)使用的許多控制技術(shù)(如場定向控制)同樣適用于 BLDC 電機(jī)。
對(duì) BLDC 電機(jī)的另一個(gè)誤解是關(guān)于其如何驅(qū)動(dòng)。不同于開環(huán)步進(jìn)應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)的定子線圈決定轉(zhuǎn)子位置，在 BLDC 電機(jī)中，轉(zhuǎn)子位置決定要驅(qū)動(dòng)哪個(gè)定子線圈。定子磁通矢量位置必須與轉(zhuǎn)子磁通矢量位置保持同步(而非相反)，以使電機(jī)操作順暢。要實(shí)現(xiàn)這一目的，需要了解轉(zhuǎn)子位置來確定要驅(qū)動(dòng)的定子線圈?，F(xiàn)有多種技術(shù)可實(shí)現(xiàn)這一目的，但最常用的技術(shù)是使用霍爾效應(yīng)傳感器監(jiān)控轉(zhuǎn)子位置。遺憾的是，這些傳感器及其相關(guān)連接器和線束會(huì)增加系統(tǒng)成本，并降低可靠性。
為減少這些問題，已有多種技術(shù)開發(fā)出來用于消除這些傳感器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無傳感器操作。多數(shù)技術(shù)依靠在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，從定子繞線的反電動(dòng)勢(shì)波形中提取位置信息。但是，依靠反電動(dòng)勢(shì)傳感的技術(shù)在電機(jī)旋轉(zhuǎn)緩慢或靜止時(shí)便無用武之地，因?yàn)榇藭r(shí)反電動(dòng)勢(shì)波形很弱或根本不存在。因此，我們不斷開發(fā)新技術(shù)，以在低轉(zhuǎn)速或零轉(zhuǎn)速時(shí)從其它信號(hào)中獲取轉(zhuǎn)子位置信息。
BLDC 電機(jī)在效率額定值方面占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，一般可達(dá)到 95% 左右。當(dāng)前對(duì)新非晶合金材料的研究正在將這一數(shù)字推向新高。已有報(bào)道稱 100W 范圍內(nèi)效率為 96%。BLDC 電機(jī)還在爭奪“世界最快電機(jī)”之稱，部分電機(jī)速度可達(dá)到數(shù)十萬 RPM(其中一項(xiàng)應(yīng)用中已報(bào)道 400K RPM)。
最常用的 BLDC 電機(jī)拓?fù)涫褂?/span> 3 相定子結(jié)構(gòu)。因此，標(biāo)準(zhǔn)的 6 晶體管反向器是最常用的功率級(jí)，如圖所示。根據(jù)運(yùn)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(qū)動(dòng)晶體管來達(dá)到所需目標(biāo)，不勝枚舉。這對(duì)一般位于微處理器中的 PWM 發(fā)生器的靈活性提出了極高要求