بیایید ابتدا در مورد اصل اصلی موتور صحبت کنیم. اصول اولیه را می توان مستقیماً نادیده گرفت.
همه در جوانی با آهن ربا بازی کرده اند. قطب های مختلف یکدیگر را جذب می کنند و این دو آهنربا به محض نزدیک شدن با هم برخورد کردند.
حالا فرض کنید دستان شما آنقدر سریع هستند که با یک آهنربا جلوی شما را فریب می دهند و آهنربای دیگر همیشه شما را دنبال می کند.
آهنربا را در دست می گیری و دایره می کشی و آهنربای دیگر به صورت دایره ای دنبالت می آید.
موارد فوق اصل اساسی چرخش موتور است. فقط "آهنربایی" که برای اغوا کردن استفاده می شود، یک آهنربای واقعی نیست، بلکه یک میدان مغناطیسی است که توسط سیم پیچ انرژی داده شده ایجاد می شود.
1. معرفی موتور DC بدون جاروبک
موتور DC بدون جاروبک، مخفف انگلیسی BLDC (موتور جریان مستقیم بدون جاروبک) است. استاتور (قسمت متحرک) موتور سیم پیچ یا سیم پیچ است. روتور (قسمتی که می چرخد) یک آهنربای دائمی است که یک آهنربا است. با توجه به موقعیت روتور، از میکرو کامپیوتر تک تراشه ای برای کنترل انرژی هر سیم پیچ استفاده می شود، به طوری که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ تغییر می کند، به طوری که به طور مداوم روتور در جلو را اغوا می کند تا روتور بچرخد. این اصل چرخش موتور DC بدون جاروبک است. بیایید شیرجه بزنیم
2. اصل کار اصلی موتور DC بدون جاروبک
2.1. ساختار موتور DC بدون جاروبک
بیایید ابتدا با ابتدایی ترین کویل ها شروع کنیم.
همانطور که در زیر نشان داده شده است. سیم پیچ را می توان چیزی دانست که مانند فنر رشد می کند. طبق قانون مارپیچ سمت راست که در دبیرستان آموخته شد، هنگامی که جریان از بالا به پایین سیم پیچ می گذرد، قطب بالایی سیم پیچ N و قطب پایین آن S است.
حالا یک سیم پیچ دیگر مانند این بسازید. سپس با موقعیت کمانچه بازی کنید. به این ترتیب، اگر جریان از آن عبور کند، به گونه ای عمل می کند که گویی دو آهنربای الکتریکی وجود دارد.
یکی دیگر را برای تشکیل سیم پیچ سه فاز موتور بگیرید.
همراه با روتور ساخته شده از آهنرباهای دائمی، این یک موتور DC بدون جاروبک است.
2.2. مدار کموتاسیون جریان موتور DC بدون جاروبک
دلیل اینکه موتور DC بدون جاروبک فقط از جریان مستقیم و بدون برس استفاده می کند این است که یک مدار خارجی وجود دارد که به طور خاص انرژی سیم پیچ های آن را کنترل می کند. جزء اصلی این مدار کموتاسیون جریان FET (ترانزیتور اثر میدانی) است. FET را می توان به عنوان یک سوئیچ در نظر گرفت. نمودار زیر FET ها را به صورت AT (بالای فاز A)، AB (پایین فاز A)، BT، BB، CT، CB نشان می دهد. "باز و بسته شدن" FET توسط میکروکنترلر کنترل می شود.
2.3. فرآیند کموتاسیون فعلی موتور DC بدون جاروبک
زمان "باز و بسته شدن" FET توسط میکروکنترلر کنترل می شود. متداول ترین روش جابجایی فعلی Six-step Commutation است که به عنوان "Six-step Commutation" ترجمه می شود. حالا یک سیستم مختصات ایجاد کنید. فرآیند تعویض شش مرحله ای به شرح زیر است.
2.4. روتور موتور DC بدون جاروبک چگونه می چرخد؟
برای تولید یک میدان مغناطیسی دوار که به طور مداوم جلوی روتور را اغوا می کند، به کموتاسیون شش مرحله ای متکی است. درست مانند دستی که در ابتدای مقاله آهنربا را در دست گرفته و دایره هایی را می کشد. اگر به جهت میدان مغناطیسی حاصل و محل قرارگیری روتور نگاه کنید، در یک نگاه کاملاً مشخص است.
ببینید، قطب S میدان مغناطیسی حاصل در مقابل قطب N روتور منتظر بوده است.
تا زمانی که زمان انرژی دهی سیم پیچ درک شود، جهت میدان مغناطیسی مصنوعی همیشه جلوتر از موقعیت روتور است و روتور همیشه از آن پیروی می کند.
3. چگونه می توان زمان کموتاسیون را تعیین کرد؟
همانطور که در بالا ذکر شد، کلید کنترل چرخش روتور این است که هنگام چرخش روتور به یک زاویه مناسب، جریان عبوری از سیم پیچ را تغییر دهید، به طوری که جهت میدان مغناطیسی ایجاد شده تغییر کند، روتور را جذب کرده و روتور را بچرخاند. .
چگونه باید زمان این جابجایی فعلی را درک کرد؟ یعنی از کجا بفهمم روتور الان داره کجا میچرخه؟ فقط وقتی بدانم روتور کجاست می توانم بدانم به کدام برق دو فاز وصل شوم.
در واقع راه های زیادی برای قضاوت در مورد موقعیت روتور وجود دارد، چه با سنسور و چه بدون سنسور. بیایید ابتدا در مورد سنسور صحبت کنیم و سنسور به طور کلی از سنسور هال استفاده می کند.
3.1. موقعیت روتور را با سنسور تأیید کنید
3.1.1. سنسورهای سالن
سنسورهای هال می توانند تغییرات در قدرت میدان مغناطیسی را از طریق اثر هال تشخیص دهند. طبق قانون سمت چپی که در فیزیک دبیرستان آموخته شد (برای تعیین جهت نیروی رسانای باردار در میدان مغناطیسی استفاده می شود)، در حلقه ای که سنسور هال در آن قرار دارد، میدان مغناطیسی حرکت ذرات باردار را منحرف می کند. و ذرات باردار به هال برخورد می کنند. بین دو طرف سنسور اختلاف پتانسیل وجود دارد. در این زمان می توان یک ولت متر را به دو طرف سنسور هال متصل کرد تا این تغییر ولتاژ را تشخیص دهد و از این طریق تغییر قدرت میدان مغناطیسی را تشخیص دهد. اصل در شکل زیر نشان داده شده است.
3.1.2. سنسورهای هال چگونه موقعیت روتور را بدست می آورند؟
با سنسور هال می توان موقعیت روتور را تقریباً مشخص کرد. سنسورهای هال معمولاً هر 120 درجه یا هر 60 درجه نصب می شوند. در زیر فرض می شود که نصب هر 120 درجه است.
فرض بر این است که وقتی قطب N روتور از ناحیه حسگر سنسور هال عبور می کند، ولتاژ خروجی سنسور هال زیاد است (معمولاً 5 ولت). وگرنه کمه
با توجه به سطوح HA، HB و HC می توان زاویه موقعیت روتور را شناخت. به عنوان مثال، اگر HA زیاد، HB کم و HC کم باشد، میتوانیم بدانیم که روتور در یک زاویه الکتریکی بین 180 درجه تا 240 درجه قرار دارد (رابطه بین زاویه الکتریکی و زاویه مکانیکی واقعی بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت. ). هنگام استفاده از 3 سنسور هال، وضوح 60 درجه زاویه الکتریکی است. یعنی من فقط می توانم بدانم که موقعیت فعلی روتور در محدوده زاویه الکتریکی 60 درجه است اما دقیقاً نمی دانیم چند درجه است.
3.1.3. رابطه بین زوایای الکتریکی و مکانیکی
اگرچه درج چنین دانش کوچکی در اینجا کمی عجیب است، اما هنوز احساس می کنم لازم است زیرا احساس می کردم که درک آن در زمان یادگیری آسان نیست. شاید درک آن با مثال سنسور هال در اینجا آسانتر باشد.
زاویه مکانیکی زاویه ای است که روتور موتور در واقع می چرخد.
رابطه بین زاویه الکتریکی و زاویه مکانیکی به تعداد جفت قطب روتور مربوط می شود.
زیرا میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ در واقع قطب های مغناطیسی روتور را جذب می کند. بنابراین برای کنترل چرخش موتور فقط به زاویه الکتریکی اهمیت می دهیم.
زاویه الکتریکی=تعداد جفت قطب x زاویه مکانیکی
3.2. روش تخمین موقعیت روتور بدون سنسور
این گودال کمی بزرگ است و ابتدا از این پاسخ صرفنظر می شود.
4. سرعت چرخش و جهت چرخش موتور DC بدون جاروبک
4.4. چگونه جهت چرخش موتور DC براشلس را کنترل کنیم؟
ترتیب جابجایی فعلی را می توان تغییر داد. اجازه دهید میدان مغناطیسی سنتز شده توسط سیم پیچ در جهت مخالف بچرخد.
4.5. چگونه سرعت موتور DC بدون جاروبک را کنترل کنیم؟
هر چه ولتاژ در سیم پیچ بیشتر باشد، جریان عبوری از سیم پیچ بیشتر می شود، میدان مغناطیسی تولید شده قوی تر می شود و روتور سریعتر می چرخد.
از آنجایی که برق متصل DC است، ما معمولا از PWM (مدولاسیون عرض پالس) برای کنترل ولتاژ روی سیم پیچ استفاده می کنیم. اصل ساده PWM به شرح زیر است.
بنابراین، هنگامی که موتور DC بدون جاروبک روشن می شود، PWM تولید شده توسط میکروکامپیوتر تک تراشه ای برای کنترل مداوم باز و بسته شدن FET استفاده می شود، به طوری که سیم پیچ را می توان بارها و بارها برق زد و برق زد. اگر زمان انرژی طولانی باشد (وظیفه بزرگ است)، ولتاژ معادل در هر دو انتهای سیم پیچ زیاد خواهد بود، قدرت میدان مغناطیسی تولید شده قوی تر خواهد شد و روتور به سرعت می چرخد. اگر زمان انرژی کوتاه باشد (وظیفه کوچک است)، ولتاژ معادل در هر دو انتهای سیم پیچ کوچک خواهد بود و قدرت میدان مغناطیسی تولید شده کوچک خواهد بود. هرچه ضعیف تر باشد روتور کندتر می چرخد.
شکل موج PWM به دروازه FET متصل می شود تا باز و بسته شدن FET را کنترل کند. فرض کنید وقتی ولتاژ روی گیت زیاد است، FET بسته و روشن است. هنگامی که ولتاژ در گیت کم است، FET خاموش می شود و برق نمی گیرد.
علاوه بر این، FET های بالایی و پایینی روی یک فاز باید توسط شکل موج های PWM فاز مخالف کنترل شوند تا از روشن شدن همزمان FET های بالا و پایین جلوگیری شود و باعث شود جریان از موتور عبور نکند، بلکه جریان را از موتور عبور کند. بالا و پایین یکسان و در نتیجه یک اتصال کوتاه ایجاد می شود. شکل موج PWM که FET را کنترل می کند به شرح زیر است.
