หลักการทำงานของมอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน การควบคุมมอเตอร์ไร้แปรงถ่านด้วยสัญญาณ EMF ย้อนกลับ - ทำความเข้าใจกับกระบวนการ มูลค่าการซื้อขายไฟฟ้าและของจริง

ทำงาน มอเตอร์ไร้แปรงถ่านขึ้นอยู่กับ ไดรฟ์ไฟฟ้าทำให้เกิดสนามแม่เหล็กหมุน ปัจจุบันมีอุปกรณ์หลายประเภทที่มี ลักษณะต่างๆ. ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีและการใช้วัสดุใหม่ที่มีแรงบีบบังคับสูงและความอิ่มตัวของแม่เหล็กในระดับที่เพียงพอจึงกลายเป็น สามารถรับได้สนามแม่เหล็กแรงสูงและเป็นผลให้โครงสร้างวาล์วชนิดใหม่ซึ่งไม่มีการพันบนองค์ประกอบโรเตอร์หรือสตาร์ทเตอร์ การใช้สวิตช์ประเภทเซมิคอนดักเตอร์อย่างแพร่หลายซึ่งมีกำลังสูงและต้นทุนที่สมเหตุสมผลช่วยเร่งการสร้างการออกแบบดังกล่าว อำนวยความสะดวกในการดำเนินการ และขจัดปัญหาในการเปลี่ยนหลายๆ อย่าง

หลักการทำงาน

ความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น ลดต้นทุน และการผลิตที่ง่ายกว่านั้นทำให้มั่นใจได้ว่าไม่มีส่วนประกอบสวิตช์เชิงกล ขดลวดโรเตอร์ และแม่เหล็กถาวร ในเวลาเดียวกัน ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นก็เป็นไปได้เนื่องจากการสูญเสียความเสียดทานในระบบสะสมลดลง มอเตอร์ไร้แปรงถ่านสามารถทำงานบนไฟฟ้ากระแสสลับหรือกระแสไฟต่อเนื่องได้ รุ่นหลังมีความคล้ายคลึงกับHis ลักษณะเฉพาะคือการก่อตัวของสนามแม่เหล็กหมุนและการประยุกต์ใช้กระแสพัลซิ่ง มันขึ้นอยู่กับสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งเพิ่มความซับซ้อนของการออกแบบ

การคำนวณตำแหน่ง

การสร้างพัลส์เกิดขึ้นในระบบควบคุมหลังจากสัญญาณที่สะท้อนถึงตำแหน่งของโรเตอร์ ระดับของแรงดันและการจ่ายโดยตรงขึ้นอยู่กับความเร็วของการหมุนของมอเตอร์ เซ็นเซอร์ในสตาร์ทเตอร์จะตรวจจับตำแหน่งของโรเตอร์และส่งสัญญาณไฟฟ้า แอมพลิจูดของสัญญาณจะเปลี่ยนแปลงไปพร้อมกับขั้วแม่เหล็กที่เคลื่อนเข้าใกล้เซ็นเซอร์ เทคนิคการจัดตำแหน่งแบบไร้เซนเซอร์ยังมีอยู่ รวมถึงเส้นทางปัจจุบันและทรานสดิวเซอร์ PWM บนขั้วอินพุตให้การบำรุงรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าแบบแปรผันและการควบคุมพลังงาน

สำหรับโรเตอร์ที่มีแม่เหล็กถาวร ไม่จำเป็นต้องใช้กระแสไฟ เนื่องจากขดลวดโรเตอร์ไม่มีการสูญเสีย มอเตอร์ไขควงแบบไม่มีแปรงมีความเฉื่อยต่ำเนื่องจากไม่มีขดลวดและตัวสับเปลี่ยนแบบกลไก จึงสามารถนำไปใช้ได้ ความเร็วสูงไม่มีประกายไฟและสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า กระแสสูงและกระจายความร้อนได้ง่ายขึ้นโดยการวางวงจรความร้อนบนสเตเตอร์ นอกจากนี้ยังควรสังเกตว่ามีหน่วยอิเล็กทรอนิกส์ในตัวในบางรุ่น

องค์ประกอบแม่เหล็ก

ตำแหน่งของแม่เหล็กอาจแตกต่างกันไปตามขนาดของมอเตอร์ เช่น บนเสาหรือรอบๆ โรเตอร์ทั้งหมด การสร้างแม่เหล็กคุณภาพสูงที่มีกำลังมากกว่าสามารถทำได้โดยใช้นีโอไดเมียมร่วมกับโบรอนและเหล็ก ทั้งๆที่มี ประสิทธิภาพสูงการทำงาน มอเตอร์ไร้แปรงถ่านสำหรับไขควงแม่เหล็กถาวรมีข้อเสียอยู่บ้าง รวมถึงการสูญเสีย ลักษณะแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูง แต่มีประสิทธิภาพมากกว่าและไม่มีการสูญเสียเมื่อเทียบกับเครื่องจักรที่มีขดลวดในการออกแบบ

พัลส์ของอินเวอร์เตอร์กำหนดกลไก ด้วยความถี่ในการจ่ายคงที่ มอเตอร์จะทำงานที่ความเร็วคงที่ในวงจรเปิด ดังนั้นความเร็วในการหมุนจึงแตกต่างกันไปตามระดับของความถี่ในการจ่าย

ลักษณะเฉพาะ

ทำงานในโหมดตั้งค่าและมีฟังก์ชันการทำงานของแปรงอะนาล็อก ความเร็วขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ กลไกนี้มีข้อดีหลายประการ:

• ไม่มีการเปลี่ยนแปลงในการสะกดจิตและการรั่วไหลของกระแส
• สอดคล้องกับความเร็วของการหมุนและแรงบิดเอง
• ความเร็วไม่ จำกัด เฉพาะการส่งผลกระทบต่อตัวสะสมและขดลวดไฟฟ้าแบบหมุน
• ไม่จำเป็นต้องใช้สวิตช์และขดลวดกระตุ้น
• แม่เหล็กที่ใช้มีน้ำหนักเบาและขนาดกะทัดรัด
• โมเมนต์แรงสูง
• ความอิ่มตัวของพลังงานและประสิทธิภาพ

การใช้งาน

DC ที่มีแม่เหล็กถาวรส่วนใหญ่จะพบในอุปกรณ์ที่มีกำลังไฟไม่เกิน 5 กิโลวัตต์ ในอุปกรณ์ที่ทรงพลังกว่านั้น การใช้งานนั้นไร้เหตุผล นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าแม่เหล็กในเครื่องยนต์ประเภทนี้มีความอ่อนไหวเป็นพิเศษต่อ อุณหภูมิสูงและทุ่งนาที่แข็งแรง ตัวเลือกการเหนี่ยวนำและแปรงไม่มีข้อเสียดังกล่าว เครื่องยนต์ถูกใช้อย่างแข็งขันในการขับเคลื่อนยานยนต์เนื่องจากไม่มีแรงเสียดทานในท่อร่วม ในบรรดาคุณสมบัติต่างๆ จำเป็นต้องเน้นย้ำถึงความสม่ำเสมอของแรงบิดและกระแสไฟ ซึ่งทำให้เสียงอะคูสติกลดลง

ประวัติเล็กน้อย:

ปัญหาหลักของเครื่องยนต์ทั้งหมดคือความร้อนสูงเกินไป โรเตอร์หมุนภายในสเตเตอร์บางประเภท ดังนั้นความร้อนจากความร้อนสูงเกินไปจึงไม่ไปไหน ผู้คนต่างมีความคิดที่ยอดเยี่ยม: ไม่ใช่การหมุนของโรเตอร์ แต่เป็นสเตเตอร์ซึ่งจะถูกระบายความร้อนด้วยอากาศในระหว่างการหมุน เมื่อเครื่องยนต์ดังกล่าวถูกสร้างขึ้น มันถูกใช้อย่างแพร่หลายในการบินและการต่อเรือ ดังนั้นจึงมีชื่อเล่นว่ามอเตอร์ไร้แปรงถ่าน

ในไม่ช้าก็มีการสร้างแอนะล็อกไฟฟ้าขึ้น มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน. พวกเขาเรียกมันว่ามอเตอร์ไร้แปรงเพราะมันไม่มีตัวสะสม (แปรง)

มอเตอร์ไฟฟ้าไร้แปรงถ่าน (ภาษาอังกฤษแบบไม่มีแปรง) มาถึงเราเมื่อไม่นานนี้เอง อายุ 10-15 ปี. ต่างจากมอเตอร์สะสม เนื่องจากขับเคลื่อนด้วยสามเฟส กระแสสลับ. มอเตอร์ไร้แปรงถ่านทำงานอย่างมีประสิทธิภาพในช่วง RPM ที่กว้างขึ้นและมีมากกว่า ประสิทธิภาพสูง . ในขณะเดียวกัน การออกแบบของเครื่องยนต์ค่อนข้างเรียบง่าย ไม่มีชุดแปรงที่ขัดกับโรเตอร์อย่างต่อเนื่องและทำให้เกิดประกายไฟ เราสามารถพูดได้ว่ามอเตอร์ไร้แปรงถ่านแทบไม่สึกหรอ ค่าใช้จ่ายของมอเตอร์แบบไม่มีแปรงจะสูงกว่ามอเตอร์แบบมีแปรงเล็กน้อย เนื่องจากมอเตอร์แบบไม่มีแปรงถ่านทั้งหมดมีตลับลูกปืนและโดยทั่วไปแล้วจะมีคุณภาพสูงกว่า

การทดสอบได้แสดงให้เห็น:
คันพร้อมสกรู 8x6 = 754 กรัม,
รอบต่อนาที = 11550 รอบต่อนาที,
การใช้พลังงาน = 9 วัตต์(ไม่มีสกรู) , 101 วัตต์(พร้อมสกรู)

พลังและประสิทธิภาพ

สามารถคำนวณกำลังได้ดังนี้
1) กำลังในกลศาสตร์คำนวณโดยสูตรต่อไปนี้: N=F*vโดยที่ F คือแรง และ v คือความเร็ว แต่เนื่องจากสกรูอยู่ในสถานะคงที่ จึงไม่มีการเคลื่อนไหวใดๆ ยกเว้นการหมุน หากติดตั้งมอเตอร์นี้ในโมเดลเครื่องบิน จะสามารถวัดความเร็วได้ (เท่ากับ 12 m / s) และคำนวณกำลังที่มีประโยชน์:
N มีประโยชน์ \u003d 7.54 * 12 \u003d 90.48 วัตต์
2) ประสิทธิภาพ มอเตอร์ไฟฟ้าหาได้ตามสูตรดังนี้ ประสิทธิภาพ = N มีประโยชน์ / N ที่ใช้ไป * 100%, ที่ไหน ค่าใช้จ่าย N = 101 วัตต์
ประสิทธิภาพ= 90.48/101 *100%= 90%
โดยเฉลี่ยแล้ว ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีจริงและผันผวนประมาณ 90% (ประสิทธิภาพสูงสุดที่มอเตอร์ประเภทนี้ทำได้คือ 99.68% )

ข้อมูลจำเพาะของเครื่องยนต์:

แรงดันไฟฟ้า: 11.1 โวลต์
มูลค่าการซื้อขาย: 11550 รอบต่อนาที
กระแสไฟสูงสุด: 15A
พลัง: 200 วัตต์
แรงขับ: 754 กรัม (สกรู 8x6)

บทสรุป:

ราคาของทุกสิ่งขึ้นอยู่กับขนาดของการผลิต ผู้ผลิตมอเตอร์ไร้แปรงถ่านกำลังทวีคูณเหมือนเห็ดหลังฝนตก ดังนั้นฉันอยากจะเชื่อว่าในอนาคตอันใกล้ราคาของคอนโทรลเลอร์และมอเตอร์แบบไม่มีแปรงจะลดลงเมื่อตกลงมาบนอุปกรณ์ควบคุมวิทยุ ... ความเป็นไปได้ของไมโครอิเล็กทรอนิกส์กำลังขยายตัวทุกวันขนาดและน้ำหนักของตัวควบคุมค่อยๆลดลง . สามารถสันนิษฐานได้ว่าในอนาคตอันใกล้นี้ตัวควบคุมจะถูกสร้างขึ้นโดยตรงในเครื่องยนต์! บางทีเราอาจจะมีชีวิตอยู่เพื่อดูวันนี้...

คุณสมบัติที่โดดเด่น:

• ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับ BKEPT
• ใช้ตัวควบคุมเวทีกำลัง
• ตัวอย่างรหัสโปรแกรม

บทนำ

บันทึกการใช้งานนี้อธิบายวิธีการใช้อุปกรณ์ควบคุม มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน กระแสตรง(BKEPT) โดยใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่งตามไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR AT90PWM3

แกน AVR ประสิทธิภาพสูงของไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งประกอบด้วยตัวควบคุมระยะกำลัง ช่วยให้คุณติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงถ่านความเร็วสูงได้

เอกสารนี้ให้คำอธิบายสั้น ๆ เกี่ยวกับหลักการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน และอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับการควบคุม BECPT ในโหมดสัมผัส และยังมีคำอธิบาย แผนภูมิวงจรรวมการพัฒนาอ้างอิง ATAVRMC100 ซึ่งใช้บันทึกการใช้งานเหล่านี้

มีการกล่าวถึงการใช้งานซอฟต์แวร์ด้วยลูปควบคุมที่ใช้ซอฟต์แวร์ตามตัวควบคุม PID ในการควบคุมกระบวนการเปลี่ยน ส่อให้เห็นถึงการใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่งตามเอฟเฟกต์ฮอลล์เท่านั้น

หลักการทำงาน

ขอบเขตของการใช้ BKEPT นั้นเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องซึ่งเกิดจากข้อดีหลายประการ:

1. ไม่มีชุดประกอบที่หลากหลายซึ่งทำให้การบำรุงรักษาง่ายขึ้นหรือลดลง
2. รุ่นมากกว่า ระดับต่ำเสียงอะคูสติกและไฟฟ้าเมื่อเทียบกับสากล เครื่องยนต์สะสมกระแสตรง.
3. ความสามารถในการทำงานในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตราย (กับผลิตภัณฑ์ที่ติดไฟได้)
4. สมดุลที่ดีระหว่างน้ำหนักและกำลัง...

มอเตอร์ประเภทนี้มีความเฉื่อยเล็กน้อยของโรเตอร์ tk ขดลวดตั้งอยู่บนสเตเตอร์ สวิตช์ถูกควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ โมเมนต์สวิตชิ่งถูกกำหนดโดยข้อมูลจากเซ็นเซอร์ตำแหน่ง หรือโดยการวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังที่เกิดจากขดลวด

เมื่อควบคุมโดยใช้เซ็นเซอร์ BKEPT จะประกอบด้วยสามส่วนหลัก: สเตเตอร์ โรเตอร์ และเซ็นเซอร์ฮอลล์

สเตเตอร์ของ BKEPT แบบสามเฟสแบบคลาสสิกประกอบด้วยสามขดลวด ในมอเตอร์จำนวนมาก ขดลวดจะถูกแบ่งออกเป็นหลายส่วนเพื่อลดการกระเพื่อมของแรงบิด

รูปที่ 1 แสดง แผนภูมิวงจรรวมการเปลี่ยนสเตเตอร์ ประกอบด้วยขดลวดสามเส้น แต่ละขดลวดประกอบด้วยสามองค์ประกอบที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรม: การเหนี่ยวนำ ความต้านทาน และแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ

รูปที่ 1 วงจรไฟฟ้าเทียบเท่าสเตเตอร์ (สามเฟส, สามขดลวด)

โรเตอร์ BKEPT ประกอบด้วยแม่เหล็กถาวรจำนวนเท่ากัน จำนวนขั้วแม่เหล็กในโรเตอร์ยังส่งผลต่อขนาดพิทช์และแรงบิดกระเพื่อม ยิ่งจำนวนเสามาก ขนาดขั้นตอนการหมุนจะเล็กลงและแรงบิดกระเพื่อมน้อยลง สามารถใช้แม่เหล็กถาวรแบบคู่ขั้ว 1..5 ได้ ในบางกรณี จำนวนคู่ขั้วจะเพิ่มขึ้นเป็น 8 (รูปที่ 2)

รูปที่ 2 สเตเตอร์และโรเตอร์ของ BKEPT . สามเฟส สามขดลวด

ขดลวดถูกติดตั้งอย่างถาวรและแม่เหล็กจะหมุน โรเตอร์ BKEPT มีลักษณะเฉพาะด้วยน้ำหนักที่เบากว่าเมื่อเทียบกับโรเตอร์ทั่วไป มอเตอร์สากลกระแสตรงซึ่งขดลวดอยู่บนโรเตอร์

ฮอลล์เซนเซอร์

ในการประเมินตำแหน่งของโรเตอร์ เซ็นเซอร์ Hall สามตัวจะถูกสร้างขึ้นในตัวเรือนมอเตอร์ เซ็นเซอร์ถูกติดตั้งที่มุม 120 องศาซึ่งกันและกัน ด้วยความช่วยเหลือของเซ็นเซอร์เหล่านี้ จึงสามารถดำเนินการสวิตช์ต่างๆ ได้ 6 แบบ

การสลับเฟสขึ้นอยู่กับสถานะของเซ็นเซอร์ Hall

แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับขดลวดจะเปลี่ยนไปหลังจากเปลี่ยนสถานะเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ Hall ที่ การดำเนินการที่ถูกต้องสวิตช์ซิงโครไนซ์ แรงบิดยังคงประมาณคงที่และสูง

รูปที่ 3 สัญญาณเซ็นเซอร์ฮอลล์ระหว่างการหมุน

การสลับเฟส

เพื่อจุดประสงค์ในการอธิบายอย่างง่ายของการทำงานของ BKEPT สามเฟส เราจะพิจารณาเฉพาะรุ่นที่มีสามขดลวดเท่านั้น ดังที่แสดงไว้ก่อนหน้านี้ การสลับเฟสขึ้นอยู่กับค่าเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ Hall ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้องที่ใช้กับขดลวดของมอเตอร์ สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นและเริ่มการหมุน ที่พบมากที่สุดและ ด้วยวิธีง่ายๆตัวควบคุมสวิตชิ่งที่ใช้ในการควบคุม BKEPT เป็นวงจรเปิด-ปิด โดยที่ขดลวดจะนำกระแสไฟฟ้าหรือไม่ใช้ ในคราวเดียวสามารถจ่ายไฟได้เพียงสองขดลวดและขดลวดที่สามยังคงปิดอยู่ การต่อขดลวดเข้ากับรางไฟฟ้าทำให้เกิดกระแสไฟไหล วิธีนี้เรียกว่าการสลับคีย์สโตนหรือการเปลี่ยนบล็อก

ในการควบคุม BKEPT จะใช้สเตจกำลังซึ่งประกอบด้วยฮาล์ฟบริดจ์ 3 อัน ไดอะแกรมสเตจกำลังแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4 เวทีพลังงาน

ตามค่าที่อ่านได้ของเซ็นเซอร์ Hall จะกำหนดว่าควรปิดปุ่มใด

ตารางที่ 1. การสลับปุ่มตามเข็มนาฬิกา

สำหรับมอเตอร์แบบหลายสนาม การหมุนด้วยไฟฟ้าไม่ตรงกับการหมุนทางกล ตัวอย่างเช่น BKEPT สี่ขั้วของการหมุนด้วยไฟฟ้าสี่รอบสอดคล้องกับการหมุนทางกลหนึ่งครั้ง

กำลังและความเร็วของเครื่องยนต์ขึ้นอยู่กับความแรงของสนามแม่เหล็ก ความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์สามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนกระแสผ่านขดลวด วิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการควบคุมกระแสผ่านขดลวดคือการควบคุมกระแสเฉลี่ย ด้วยเหตุนี้จึงใช้การมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) รอบการทำงานซึ่งกำหนดค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้าข้ามขดลวด และด้วยเหตุนี้ ค่ากระแสเฉลี่ยและเป็นผลให้ความเร็วในการหมุน สามารถปรับความเร็วได้ที่ความถี่ตั้งแต่ 20 ถึง 60 kHz

สนามหมุนของ BKEPT สามเฟสสามขดลวดแสดงในรูปที่ 5

รูปที่ 5. ขั้นตอนการสับเปลี่ยนและสนามหมุน

กระบวนการสลับสร้างสนามหมุน ในขั้นตอนที่ 1 เฟส A เชื่อมต่อกับ บัสบวกแหล่งจ่ายไฟพร้อมสวิตช์ SW1 เฟส B เชื่อมต่อกับสวิตช์ทั่วไปโดยใช้สวิตช์ SW4 และเฟส C ยังคงไม่ได้เชื่อมต่อ เฟส A และ B สร้างเวกเตอร์ฟลักซ์แม่เหล็กสองตัว (แสดงโดยลูกศรสีแดงและสีน้ำเงินตามลำดับ) และผลรวมของเวกเตอร์ทั้งสองนี้จะให้เวกเตอร์ฟลักซ์ของสเตเตอร์ (ลูกศรสีเขียว) หลังจากนั้นโรเตอร์จะพยายามติดตามฟลักซ์แม่เหล็ก ทันทีที่โรเตอร์ไปถึงตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง ซึ่งสถานะของเซ็นเซอร์ Hall เปลี่ยนจากค่า "010" เป็น "011" ขดลวดของมอเตอร์จะเปลี่ยนไปตามนั้น: เฟส B ยังคงไม่มีกำลัง และเฟส C เชื่อมต่อกับส่วนกลาง สิ่งนี้นำไปสู่การสร้างเวกเตอร์ฟลักซ์แม่เหล็กสเตเตอร์ใหม่ (ระยะที่ 2)

หากเราทำตามรูปแบบการสลับที่แสดงในรูปที่ 3 และตารางที่ 1 เราจะได้รับเวกเตอร์ฟลักซ์แม่เหล็กที่แตกต่างกันหกแบบซึ่งสอดคล้องกับระยะการสลับหกขั้นตอน หกขั้นตอนสอดคล้องกับการหมุนรอบเดียวของโรเตอร์

ชุดสตาร์ท ATAVRMC100

แผนภาพวงจรแสดงในรูปที่ 21, 22, 23 และ 24 ที่ส่วนท้ายของเอกสาร

โปรแกรมมีลูปควบคุมความเร็วโดยใช้ตัวควบคุม PID ตัวควบคุมดังกล่าวประกอบด้วยสามลิงก์ซึ่งแต่ละอันมีลักษณะเป็นค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านของตัวเอง: Kp, Ki และ Kd

Kp คือสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนของลิงก์ตามสัดส่วน Ki คือสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนของลิงก์การรวมและ Kd คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนของลิงก์การแยกความแตกต่าง ความเบี่ยงเบนของความเร็วที่กำหนดจากความเร็วจริง (ในรูปที่ 6 เรียกว่า "สัญญาณไม่ตรงกัน") จะถูกประมวลผลโดยแต่ละลิงก์ ผลลัพธ์ของการดำเนินการเหล่านี้จะถูกเพิ่มและป้อนให้กับเครื่องยนต์เพื่อให้ได้ความเร็วที่ต้องการ (ดูรูปที่ 6)

รูปที่ 6 แบบแผนโครงสร้างตัวควบคุม PID

ค่าสัมประสิทธิ์ Kp ส่งผลต่อระยะเวลาของกระบวนการชั่วคราว ค่าสัมประสิทธิ์ Ki ช่วยให้คุณสามารถระงับข้อผิดพลาดแบบคงที่ และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง Kd ถูกใช้เพื่อทำให้ตำแหน่งมีเสถียรภาพ (ดูคำอธิบายของลูปควบคุมในไฟล์เก็บถาวรด้วยซอฟต์แวร์สำหรับเปลี่ยน ค่าสัมประสิทธิ์)

คำอธิบายฮาร์ดแวร์

ดังแสดงในรูปที่ 7 ไมโครคอนโทรลเลอร์ประกอบด้วย 3 Power Stage Controllers (PSCs) PSC แต่ละตัวสามารถคิดได้ว่าเป็นโมดูเลเตอร์ความกว้างพัลส์ (PWM) ที่มีสัญญาณเอาท์พุตสองสัญญาณ PSC รองรับความสามารถในการควบคุมการหน่วงเวลาที่ไม่ทับซ้อนกันของสวิตช์ไฟ (ดูเอกสารประกอบของ AT90PWM3 สำหรับคำอธิบายโดยละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำงานของ PSC รวมถึงรูปที่ 9) เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดกระแสไฟฟ้า

อินพุตสัญญาณเตือน (Over_Current, กระแสเกิน) เชื่อมโยงกับ PSCIN อินพุตสัญญาณเตือนช่วยให้ไมโครคอนโทรลเลอร์ปิดเอาต์พุต PSC ทั้งหมดได้

รูปที่ 7 การใช้ฮาร์ดแวร์

ในการวัดกระแส คุณสามารถใช้ช่องสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลสองช่องที่มีสเตจขยายสัญญาณที่ตั้งโปรแกรมได้ (Ku=5, 10, 20 หรือ 40) หลังจากเลือกเกนแล้ว จำเป็นต้องเลือกค่าของตัวต้านทาน shunt เพื่อให้ครอบคลุมช่วงการแปลงที่สมบูรณ์ที่สุด

สัญญาณ Over_Current ถูกสร้างขึ้นโดยตัวเปรียบเทียบภายนอก แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ของเครื่องเปรียบเทียบสามารถปรับได้โดยใช้ DAC ภายใน

การสลับเฟสจะต้องดำเนินการตามค่าที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์ Hall DC_A, DC_B และ DC_C เชื่อมต่อกับอินพุตของแหล่งอินเตอร์รัปต์ภายนอกหรือกับตัวเปรียบเทียบภายในสามตัว ตัวเปรียบเทียบสร้างการขัดจังหวะประเภทเดียวกันกับการขัดจังหวะภายนอก รูปที่ 8 แสดงวิธีการใช้พอร์ต I/O ในชุดสตาร์ท

รูปที่ 8 การใช้พอร์ตไมโครคอนโทรลเลอร์ I/O (แพ็คเกจ SO32)

มีการใช้งาน VMOT (Vmot) และ VMOT_Half (1/2 Vmot) แต่ไม่ได้ใช้ สามารถใช้เพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์

เอาต์พุต H_x และ L_x ใช้เพื่อควบคุมพาวเวอร์บริดจ์ ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ขึ้นอยู่กับตัวควบคุมระยะกำลัง (PSC) ที่สร้างสัญญาณ PWM ในแอปพลิเคชันดังกล่าว ขอแนะนำให้ใช้โหมดจัดกึ่งกลาง (ดูรูปที่ 9) ซึ่งใช้รีจิสเตอร์ OCR0RA เพื่อจับเวลาการเริ่มต้นการแปลง ADC สำหรับการวัดปัจจุบัน

รูปที่ 9 ออสซิลโลแกรมของสัญญาณ PSCn0 และ PSCn1 ในโหมดจัดกึ่งกลาง

• ตรงเวลา 0 = 2 * OCRnSA * 1/FClkpsc
• ตรงเวลา 1 = 2* (OCRnRB - OCRnSB + 1) * 1/Fclkpsc
• ระยะเวลา PSC = 2 * (OCRnRB + 1) * 1/Fclkpsc

หยุดไม่ทับซ้อนกันระหว่าง PSCn0 และ PSCn1:

• |OCRnSB - OCRnSA| *1/FClkpsc

บล็อก PSC ถูกโอเวอร์คล็อกโดยสัญญาณ CLKPSC

สามารถใช้หนึ่งในสองวิธีในการจ่ายสัญญาณ PWM ไปยังสเตจกำลัง อย่างแรกคือใช้สัญญาณ PWM กับส่วนบนและส่วนล่างของสเตจกำลัง และอย่างที่สองคือใช้สัญญาณ PWM กับส่วนบนเท่านั้น

คำอธิบาย ซอฟต์แวร์

Atmel ได้พัฒนาห้องสมุดเพื่อจัดการ CKET ขั้นตอนแรกในการใช้งานคือการกำหนดค่าและเริ่มต้นไมโครคอนโทรลเลอร์

การกำหนดค่าและการเริ่มต้นของไมโครคอนโทรลเลอร์

เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้ใช้ฟังก์ชัน mc_init_motor() มันเรียกฟังก์ชันการเริ่มต้นของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ และยังเริ่มต้นพารามิเตอร์มอเตอร์ทั้งหมด (ทิศทางของการหมุน ความเร็ว และการหยุดมอเตอร์)

โครงสร้างการใช้งานซอฟต์แวร์

หลังจากการกำหนดค่าและการเริ่มต้นของไมโครคอนโทรลเลอร์แล้ว ก็สามารถสตาร์ทเครื่องยนต์ได้ จำเป็นต้องมีฟังก์ชันเพียงไม่กี่อย่างในการควบคุมมอเตอร์ ฟังก์ชั่นทั้งหมดถูกกำหนดไว้ใน mc_lib.h:

Void mc_motor_run(void) - ใช้เพื่อสตาร์ทเครื่องยนต์ ฟังก์ชันลูปรักษาเสถียรภาพถูกเรียกเพื่อตั้งค่ารอบการทำงานของ PWM หลังจากนั้นจะทำการเปลี่ยนเฟสแรก Bool mc_motor_is_running(void) - กำหนดสถานะของเครื่องยนต์ หาก "1" แสดงว่าเครื่องยนต์กำลังทำงาน หาก "0" แสดงว่าเครื่องยนต์หยุดทำงาน void mc_motor_stop(void) - ใช้เพื่อหยุดมอเตอร์ เป็นโมฆะ mc_set_motor_speed (ความเร็ว U8) - ตั้งค่าความเร็วที่ผู้ใช้ระบุ U8 mc_get_motor_speed(void) - ส่งกลับความเร็วที่ผู้ใช้ระบุ โมฆะ mc_set_motor_direction (ทิศทาง U8) - ตั้งค่าทิศทางการหมุนเป็น "CW" (ตามเข็มนาฬิกา) หรือ "CCW" (ทวนเข็มนาฬิกา) U8 mc_get_motor_direction(void) - ส่งกลับทิศทางปัจจุบันของการหมุนของมอเตอร์ U8 mc_set_motor_measured_speed(U8 วัด_speed) - จัดเก็บความเร็วที่วัดได้ในตัวแปรที่วัดได้_ความเร็ว U8 mc_get_motor_measured_speed(void) - ส่งกลับความเร็วที่วัดได้ void mc_set_Close_Loop(void) void mc_set_Open_Loop(void) - การกำหนดค่าวงเสถียรภาพ: วงปิดหรือวงเปิด (ดูรูปที่ 13)

รูปที่ 10. การกำหนดค่า AT90PWM3

รูปที่ 11 โครงสร้างซอฟต์แวร์

รูปที่ 11 แสดงตัวแปรสี่ตัว mc_run_stop (เริ่ม/หยุด), mc_direction (ทิศทาง), mc_cmd_speed (ความเร็วที่ตั้งไว้) และ mc_measured_speed (ความเร็วที่วัดได้) เป็นตัวแปรโปรแกรมพื้นฐานที่สามารถเข้าถึงได้ผ่านฟังก์ชันที่ผู้ใช้กำหนดเองที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้

การใช้งานซอฟต์แวร์สามารถดูเป็นกล่องดำที่มีชื่อว่า "การควบคุมมอเตอร์" (รูปที่ 12) และอินพุตหลายตัว (mc_run_stop, mc_direction, mc_cmd_speed, mc_measured_speed) และเอาต์พุต (สัญญาณควบคุมบริดจ์กำลังทั้งหมด)

รูปที่ 12. ตัวแปรโปรแกรมหลัก

ฟังก์ชันส่วนใหญ่มีอยู่ใน mc_drv.h มีเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องยนต์ ฟังก์ชั่นสามารถแบ่งออกเป็นสี่คลาสหลัก:

• การเริ่มต้นฮาร์ดแวร์
เป็นโมฆะ mc_init_HW(โมฆะ); การเริ่มต้นฮาร์ดแวร์เสร็จสมบูรณ์ในฟังก์ชันนี้ นี่คือจุดเริ่มต้นของพอร์ต อินเตอร์รัปต์ ตัวจับเวลา และตัวควบคุมพาวเวอร์สเตจ

เป็นโมฆะ mc_init_SW(เป็นโมฆะ); ใช้เพื่อเริ่มต้นซอฟต์แวร์ เปิดใช้งานการขัดจังหวะทั้งหมด

เป็นโมฆะ mc_init_port (เป็นโมฆะ); เริ่มต้นพอร์ต I/O โดยระบุผ่านรีจิสเตอร์ DDRx ว่าพินใดทำหน้าที่เป็นอินพุตและเป็นเอาต์พุต รวมทั้งระบุอินพุตที่จะเปิดใช้งานตัวต้านทานแบบดึงขึ้น (ผ่านรีจิสเตอร์ PORTx)

เป็นโมฆะ mc_init_pwm (เป็นโมฆะ); ฟังก์ชันนี้เริ่มต้น PLL และรีเซ็ตการลงทะเบียน PSC ทั้งหมด

เป็นโมฆะ mc_init_IT (เป็นโมฆะ); แก้ไขฟังก์ชันนี้เพื่อเปิดหรือปิดใช้งานประเภทการขัดจังหวะ

เป็นโมฆะ PSC0_Init (int ที่ไม่ได้ลงชื่อ dt0, int ที่ไม่ได้ลงชื่อ ot0, int ที่ไม่ได้ลงชื่อ dt1, int ที่ไม่ได้ลงชื่อ ot1); เป็นโมฆะ PSC1_Init (int ที่ไม่ได้ลงชื่อ dt0, int ที่ไม่ได้ลงชื่อ ot0, int ที่ไม่ได้ลงชื่อ dt1, int ที่ไม่ได้ลงชื่อ ot1); เป็นโมฆะ PSC2_Init (int ที่ไม่ได้ลงชื่อ dt0, int ที่ไม่ได้ลงชื่อ ot0, int ที่ไม่ได้ลงชื่อ dt1, int ที่ไม่ได้ลงชื่อ ot1); PSCx_Init อนุญาตให้ผู้ใช้เลือกการกำหนดค่าตัวควบคุมขั้นตอนพลังงาน (PSC) ของไมโครคอนโทรลเลอร์

• ฟังก์ชั่นการสลับเฟส U8 mc_get_hall(เป็นโมฆะ); การอ่านสถานะของเซ็นเซอร์ Hall ที่สอดคล้องกับระดับการสลับหกระดับ (HS_001, HS_010, HS_011, HS_100, HS_101, HS_110)

  ขัดจังหวะเป็นโมฆะ mc_hall_a (เป็นโมฆะ); _interrupt เป็นโมฆะ mc_hall_b(เป็นโมฆะ); _interrupt เป็นโมฆะ mc_hall_c (เป็นโมฆะ); ฟังก์ชันเหล่านี้จะดำเนินการหากตรวจพบการขัดจังหวะภายนอก (การเปลี่ยนแปลงในเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ Hall) ช่วยให้คุณสามารถทำการสลับเฟสและคำนวณความเร็วได้

  โมฆะ mc_duty_cycle (ระดับ U8); ฟังก์ชันนี้จะตั้งค่ารอบการทำงานของ PWM ตามการกำหนดค่า PSC

  โมฆะ mc_switch_commutation (ตำแหน่ง U8); การสลับเฟสจะดำเนินการตามค่าที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์ Hall และเฉพาะเมื่อผู้ใช้สตาร์ทเครื่องยนต์เท่านั้น

• การกำหนดค่าเวลาในการแปลงเป็นโมฆะ mc_config_sampling_period (เป็นโมฆะ); เริ่มต้นตัวจับเวลา 1 เพื่อสร้างการขัดจังหวะทุกๆ 250 µs _interrupt เป็นโมฆะ launch_sampling_period(เป็นโมฆะ); หลังจากเปิดใช้งานอินเตอร์รัปต์ 250 µs แฟล็กจะถูกตั้งค่า สามารถใช้ควบคุมเวลาในการแปลงได้
• การประเมินความเร็วเป็นโมฆะ mc_config_time_estimation_speed(เป็นโมฆะ); การกำหนดค่าตัวจับเวลา 0 เพื่อดำเนินการฟังก์ชันการคำนวณความเร็ว

  เป็นโมฆะ mc_estimation_speed(โมฆะ); ฟังก์ชันนี้จะคำนวณความเร็วของเครื่องยนต์ตามหลักการวัดระยะเวลาพัลส์ของเซ็นเซอร์ Hall Effect

  ขัดจังหวะโมฆะ ovfl_timer(โมฆะ); เมื่ออินเตอร์รัปต์เกิดขึ้น ตัวแปร 8 บิตจะเพิ่มขึ้นเพื่อใช้ตัวจับเวลา 16 บิตโดยใช้ตัวจับเวลา 8 บิต

• การวัดปัจจุบัน _interrupt void ADC_EOC(void); ฟังก์ชัน ADC_EOC จะทำงานทันทีหลังจากการแปลงเครื่องขยายเสียงเสร็จสิ้นเพื่อตั้งค่าสถานะที่ผู้ใช้สามารถใช้ได้

  เป็นโมฆะ mc_init_current_measure (เป็นโมฆะ); ฟังก์ชันนี้เริ่มต้นแอมพลิฟายเออร์ 1 สำหรับการวัดกระแส

  U8 mc_get_current(เป็นโมฆะ); การอ่านค่าปัจจุบันหากการแปลงเสร็จสิ้น

  บูล mc_conversion_is_finished (เป็นโมฆะ); บ่งชี้ความสมบูรณ์ของการแปลง

  เป็นโมฆะ mc_ack_EOC(เป็นโมฆะ); รีเซ็ตการตั้งค่าสถานะเสร็จสิ้นการแปลง

• การตรวจจับโอเวอร์โหลดปัจจุบันเป็นโมฆะ mc_set_Over_Current (ระดับ U8); ตั้งค่าเกณฑ์สำหรับการตรวจจับกระแสเกิน เกณฑ์คือเอาต์พุต DAC ที่เชื่อมต่อกับตัวเปรียบเทียบภายนอก

เลือกลูปการรักษาเสถียรภาพโดยใช้สองฟังก์ชัน: open (mc_set_Open_Loop()) หรือลูปปิด (mc_set_Close_Loop()) รูปที่ 13 แสดงลูปการรักษาเสถียรภาพที่ใช้ซอฟต์แวร์

รูปที่ 13 วงเสถียรภาพ

วงปิดคือลูปการรักษาเสถียรภาพความเร็วตามตัวควบคุม PID

ดังที่แสดงไว้ก่อนหน้านี้ ปัจจัย Kp ถูกใช้เพื่อทำให้เวลาตอบสนองของมอเตอร์คงที่ ชุดแรก Ki และ Kd เท่ากับ 0 เพื่อให้ได้เวลาตอบสนองที่ต้องการของมอเตอร์ จำเป็นต้องเลือกค่า Kp

• หากเวลาตอบสนองสั้นเกินไป ให้เพิ่ม Kp
• หากเวลาตอบสนองเร็ว แต่ไม่เสถียร ให้ลด Kp

รูปที่ 14. การตั้งค่า Kp

พารามิเตอร์ Ki ใช้เพื่อระงับข้อผิดพลาดแบบคงที่ ปล่อยให้สัมประสิทธิ์ Kp ไม่เปลี่ยนแปลงและตั้งค่าพารามิเตอร์ Ki

• หากข้อผิดพลาดแตกต่างจากศูนย์ ให้เพิ่ม Ki
• หากการระงับข้อผิดพลาดนำหน้าด้วยกระบวนการออสซิลเลเตอร์ ให้ลด Ki

รูปที่ 15. การตั้งค่า Ki

รูปที่ 14 และ 15 แสดงตัวอย่างการเลือกพารามิเตอร์คอนโทรลเลอร์ที่ถูกต้อง Kp = 1, Ki = 0.5 และ Kd = 0

การตั้งค่าพารามิเตอร์ Kd:

• ถ้าประสิทธิภาพต่ำก็เพิ่มซีดี
• ด้วยความไม่เสถียร Kd จะต้องลดลง

พารามิเตอร์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือเวลาในการแปลง ต้องเลือกให้สัมพันธ์กับเวลาตอบสนองของระบบ เวลาในการแปลงต้องอย่างน้อยครึ่งหนึ่งของเวลาตอบสนองของระบบ (ตามกฎของ Kotelnikov)

มีฟังก์ชันสองแบบสำหรับการกำหนดค่าเวลาในการแปลง (ที่กล่าวถึงข้างต้น)

ผลลัพธ์จะแสดงในตัวแปรส่วนกลาง g_tick ซึ่งตั้งค่าทุกๆ 250 µs ด้วยตัวแปรนี้ คุณจะสามารถปรับเวลาในการแปลงได้

การใช้ CPU และหน่วยความจำ

การวัดทั้งหมดดำเนินการที่ความถี่ออสซิลเลเตอร์ 8 MHz นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับประเภทของมอเตอร์ (จำนวนคู่ขั้ว) เมื่อใช้มอเตอร์ที่มี 5 ขั้วคู่ ความถี่สัญญาณที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์ Hall จะต่ำกว่าความเร็วมอเตอร์ 5 เท่า

ผลลัพธ์ทั้งหมดที่แสดงในรูปที่ 16 ได้มาจากการใช้ UCFC 5 คู่แบบสามเฟสที่มีความเร็วสูงสุด 14,000 รอบต่อนาที

รูปที่ 16. การใช้ความเร็วของไมโครคอนโทรลเลอร์

ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด ระดับโหลดของไมโครคอนโทรลเลอร์อยู่ที่ประมาณ 18% โดยมีเวลาในการแปลง 80 ms และความเร็วในการหมุน 14000 rpm

ประมาณการครั้งแรกสามารถทำเพิ่มเติมได้ เครื่องยนต์เร็วและด้วยการเพิ่มฟังก์ชันป้องกันภาพสั่นไหวในปัจจุบัน เวลาดำเนินการของฟังก์ชัน mc_regulation_loop() อยู่ระหว่าง 45 ถึง 55 µs (คุณต้องคำนึงถึงเวลาในการแปลง ADC ประมาณ 7 µs) BKEPT ที่มีเวลาตอบสนองปัจจุบันประมาณ 2-3 มิลลิวินาที มีการเลือกขั้วห้าคู่และความเร็วในการหมุนสูงสุดประมาณ 2-3 มิลลิวินาทีสำหรับการประเมิน

ความเร็วรอบเครื่องยนต์สูงสุดประมาณ 50,000 รอบต่อนาที หากโรเตอร์ใช้เสา 5 คู่ ความถี่เอาต์พุตที่ได้ของเซ็นเซอร์ Hall จะเท่ากับ (50000 รอบต่อนาที/60)*5 = 4167 Hz ฟังก์ชัน mc_estimation_speed() ทำงานบนทุกขอบที่เพิ่มขึ้นของเซ็นเซอร์ Hall A เช่น ทุกๆ 240 µs สำหรับเวลารัน 31 µs

ฟังก์ชัน mc_switch_commutation() ขึ้นอยู่กับการทำงานของเซ็นเซอร์ Hall จะดำเนินการเมื่อขอบเกิดขึ้นที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์ Hall หนึ่งในสามตัว (ขอบที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง) ดังนั้นจึงสร้างการขัดจังหวะหกครั้งที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์ Hall ในช่วงเวลาหนึ่งพัลส์ และความถี่ในการเรียกใช้ฟังก์ชันที่ได้คือ 240/6 µs = 40 µs

สุดท้าย เวลาในการแปลงของลูปการรักษาเสถียรภาพต้องเป็นเวลาตอบสนองของเครื่องยนต์อย่างน้อยครึ่งหนึ่ง (ประมาณ 1 มิลลิวินาที)

ผลลัพธ์แสดงในรูปที่ 17

รูปที่ 17. การประเมินโหลดไมโครคอนโทรลเลอร์

ในกรณีนี้ ระดับโหลดของไมโครคอนโทรลเลอร์จะอยู่ที่ประมาณ 61%

การวัดทั้งหมดดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์เดียวกัน ไม่ใช้ทรัพยากรการสื่อสาร (UART, LIN...)

ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ จำนวนหน่วยความจำต่อไปนี้จะถูกใช้:

• หน่วยความจำโปรแกรม 3175 ไบต์ (38.7% ของหน่วยความจำแฟลชทั้งหมด)
• หน่วยความจำข้อมูล 285 ไบต์ (55.7% ของ RAM สแตติกทั้งหมด)

ATAVRMC100 การกำหนดค่าและการใช้งาน

รูปที่ 18 แสดง โครงการเต็มรูปแบบโหมดการทำงานต่างๆ ของชุดสตาร์ท ATAVRMC100

รูปที่ 18. วัตถุประสงค์ของพอร์ต I/O ของไมโครคอนโทรลเลอร์และโหมดการสื่อสาร

โหมดการทำงาน

รองรับโหมดการทำงานที่แตกต่างกันสองโหมด ตั้งค่าจัมเปอร์ JP1, JP2 และ JP3 ตามรูปที่ 19 เพื่อเลือกโหมดใดโหมดหนึ่งเหล่านี้ บันทึกแอปพลิเคชันนี้ใช้โหมดเซ็นเซอร์เท่านั้น คำอธิบายแบบเต็มส่วนฮาร์ดแวร์มีอยู่ในคู่มือผู้ใช้ ATAVRMC100

รูปที่ 19. การเลือกโหมดควบคุมโดยใช้เซ็นเซอร์

รูปที่ 19 แสดงการตั้งค่าจัมเปอร์เริ่มต้นที่สอดคล้องกับการใช้ซอฟต์แวร์ที่เกี่ยวข้องกับบันทึกแอปพลิเคชันนี้

โปรแกรมที่มาพร้อมกับบอร์ด ATAVRMC100 รองรับการทำงานสองโหมด:

• สตาร์ทเครื่องยนต์ ความเร็วสูงสุดโดยไม่มีส่วนประกอบภายนอก
• การควบคุมความเร็วมอเตอร์ด้วยโพเทนชิออมิเตอร์ภายนอกหนึ่งตัว

รูปที่ 20 การเชื่อมต่อโพเทนชิออมิเตอร์

บทสรุป

บันทึกการใช้งานนี้มีโซลูชันฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์สำหรับตัวควบคุมมอเตอร์ DC แบบไม่มีแปรงที่ใช้เซ็นเซอร์ นอกจากเอกสารนี้แล้ว คุณสามารถดาวน์โหลดซอร์สโค้ดแบบเต็มได้

ไลบรารีซอฟต์แวร์มีฟังก์ชันในการเริ่มต้นและควบคุมความเร็วของ BKEPT ด้วยเซ็นเซอร์ในตัว

แผนภาพวงจรประกอบด้วยส่วนประกอบภายนอกขั้นต่ำที่จำเป็นในการควบคุม BKEPT ด้วยเซ็นเซอร์ในตัว

ความสามารถของ CPU และหน่วยความจำของไมโครคอนโทรลเลอร์ AT90PWM3 จะช่วยให้นักพัฒนาสามารถขยายฟังก์ชันการทำงานของโซลูชันนี้ได้

รูปที่ 21 แผนผังไดอะแกรม (ตอนที่ 1)

รูปที่ 22 แผนผังไดอะแกรม (ตอนที่ 2)

รูปที่ 23. แผนผัง (ตอนที่ 3)

รูปที่ 24. แผนผัง (ตอนที่ 4)

เอกสารประกอบ:

การปรับปรุงอพาร์ทเมนท์ที่ยอดเยี่ยมและการปรับปรุงกระท่อมด้วยเงินจำนวนมาก

เมื่อเร็ว ๆ นี้มอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงได้กลายเป็นที่นิยมมากขึ้น มีการใช้อย่างแข็งขันในเครื่องมือวัด การแพทย์ทางอุตสาหกรรมและระบบอัตโนมัติในครัวเรือนตลอดจนในเครื่องมือวัด ประเภทนี้มอเตอร์ทำงานโดยไม่ต้องใช้แปรง การสลับทั้งหมดดำเนินการโดยใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ประโยชน์ของมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน

มอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีข้อดีหลายประการที่กำหนดขอบเขตการใช้งาน พวกเขามีผลงานที่ดีที่สุด แรงบิดของพวกเขาสูงกว่า .มาก เครื่องยนต์ธรรมดา. การออกแบบแบบไร้แปรงถ่านมีคุณลักษณะที่สูงกว่า ลักษณะไดนามิกและปัจจัยด้านประสิทธิภาพ

ประโยชน์อื่นๆ ได้แก่ การทำงานที่เงียบขึ้น อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น และความเร็วในการหมุนที่สูงขึ้น ขนาดมอเตอร์ต่ออัตราส่วนแรงบิดสูงกว่าชนิดอื่นๆ นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในพื้นที่ที่ขนาดและน้ำหนักเป็นปัจจัยสำคัญ

หลักการทำงานของมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน

หลักการทำงานขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็กที่เกิดจากสเตเตอร์และโรเตอร์ซึ่งมีความเร็วในการหมุนเท่ากัน ไม่มีสิ่งที่เรียกว่าลักษณะการเลื่อนของ มอเตอร์เหนี่ยวนำ. การกำหนดค่าของมอเตอร์แบบไม่มีแปรงเป็นแบบเฟสเดียว สองเฟส หรือสามเฟส จำนวนขดลวดในสเตเตอร์ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ แพร่หลายที่สุดในทุกพื้นที่ได้รับมอเตอร์สามเฟส

อุปกรณ์มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน

ตัวอย่างเช่น พิจารณามอเตอร์ไร้แปรงถ่านสามเฟสที่ได้รับความนิยมมากที่สุด มีสเตเตอร์ทำจากเหล็กเคลือบในร่องที่วางขดลวด มอเตอร์ประเภทนี้ส่วนใหญ่มีสามขดลวดเชื่อมต่อกันเป็นดาว

โรเตอร์คือ แม่เหล็กถาวรมีเสาจำนวนตั้งแต่ 2 ถึง 8 คู่ ในเวลาเดียวกัน ขั้วใต้และขั้วเหนือสลับกัน โรเตอร์ทำจากวัสดุแม่เหล็กพิเศษที่ให้ความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กที่ต้องการ ตามกฎแล้วสิ่งเหล่านี้คือแม่เหล็กเฟอร์ไรท์ซึ่งทำจากแม่เหล็กถาวร

ไม่เหมือน มอเตอร์ไฟฟ้าทั่วไป, มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านถูกสับเปลี่ยนทางอิเล็กทรอนิกส์ นี่เป็นเพราะความจำเป็นในการจ่ายแรงดันไฟให้กับขดลวดสเตเตอร์อย่างสม่ำเสมอ ในขณะเดียวกัน ก็จำเป็นต้องรู้ว่าโรเตอร์อยู่ในตำแหน่งใด ตำแหน่งนี้กำหนดโดยเซ็นเซอร์ Hall ซึ่งให้สัญญาณสูงหรือต่ำ ขึ้นอยู่กับว่าขั้วใดเคลื่อนผ่านใกล้องค์ประกอบที่มีความไวสูง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่าน

ในบทความนี้ เราอยากจะพูดถึงวิธีที่เราสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าตั้งแต่เริ่มต้น ตั้งแต่แนวคิดและต้นแบบแรกไปจนถึงมอเตอร์ที่ผ่านการทดสอบทั้งหมด หากบทความนี้ดูน่าสนใจสำหรับคุณ เราจะแยกรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับขั้นตอนของงานของเราที่คุณสนใจมากที่สุด

ในภาพจากซ้ายไปขวา: โรเตอร์, สเตเตอร์, ชุดมอเตอร์บางส่วน, ชุดมอเตอร์

บทนำ

ทุกวันนี้ ต้องขอบคุณการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่และการเกิดขึ้นของแม่เหล็กอันทรงพลังจากโลหะแรร์เอิร์ธ จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างมอเตอร์ไฟฟ้า "ไร้แปรงถ่าน" ที่มีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบาในเวลาเดียวกัน ในขณะเดียวกัน เนื่องจากความเรียบง่ายของการออกแบบ มอเตอร์เหล่านี้จึงเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าที่น่าเชื่อถือที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา เกี่ยวกับการสร้างมอเตอร์ดังกล่าวและจะกล่าวถึงในบทความนี้

รายละเอียดมอเตอร์

เราพิมพ์มอเตอร์ดังกล่าวตัวแรกบนเครื่องพิมพ์ 3 มิติเพื่อทดลอง แทนที่จะใช้แผ่นพิเศษที่ทำจากเหล็กไฟฟ้า เราใช้พลาสติกธรรมดาสำหรับตัวเรือนโรเตอร์และแกนสเตเตอร์ที่ขดลวดทองแดง แม่เหล็กนีโอไดเมียมของส่วนสี่เหลี่ยมได้รับการแก้ไขบนโรเตอร์ โดยธรรมชาติแล้วมอเตอร์ดังกล่าวไม่สามารถออกได้ พลังสูงสุด. อย่างไรก็ตาม มันก็เพียงพอแล้วสำหรับมอเตอร์ที่จะหมุนได้ถึง 20k รอบต่อนาที หลังจากนั้นพลาสติกก็ทนไม่ไหว และโรเตอร์ของมอเตอร์ก็ขาดออกจากกัน และแม่เหล็กก็กระจัดกระจายไปทั่ว การทดลองนี้เป็นแรงบันดาลใจให้เราสร้างเครื่องยนต์ที่เต็มเปี่ยม

ต้นแบบหลายต้น

เราสร้างโรเตอร์ของมอเตอร์ใหม่จากแม่เหล็กนีโอไดเมียมรูปทรงกระบอกเดียว แม่เหล็กติดกาวด้วยอีพ็อกซี่กับด้ามกลึงจากเหล็กกล้าเครื่องมือในโรงงานนำร่อง

เราตัดสเตเตอร์ด้วยเลเซอร์จากชุดแผ่นเหล็กหม้อแปลงหนา 0.5 มม. จากนั้นแต่ละจานก็เคลือบเงาอย่างระมัดระวัง จากนั้นจึงทำการติดกาวสเตเตอร์ที่เสร็จแล้วเข้าด้วยกันจากจานประมาณ 50 แผ่น เพลตถูกเคลือบเงาเพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจรระหว่างแผ่นทั้งสอง และเพื่อแยกการสูญเสียพลังงานเนื่องจากกระแสฟูโกต์ที่อาจเกิดขึ้นในสเตเตอร์

ตัวเรือนมอเตอร์ทำจากชิ้นส่วนอะลูมิเนียมสองชิ้นในรูปของภาชนะ สเตเตอร์แน่น เคสอลูมิเนียมและยึดติดกับผนังได้ดี การออกแบบนี้ให้ ระบายความร้อนได้ดีเครื่องยนต์.

การวัดประสิทธิภาพ

องค์ประกอบหลักของขาตั้งเป็นภาระหนักในรูปแบบของเครื่องซักผ้า ในระหว่างการวัด มอเตอร์จะหมุนภาระที่กำหนดและ ความเร็วเชิงมุมและความเร่ง คำนวณกำลังขับและแรงบิดของมอเตอร์

เพื่อวัดความเร็วของการหมุนของโหลด แม่เหล็กคู่หนึ่งบนเพลาและแม่เหล็ก เซ็นเซอร์ดิจิตอล A3144 ขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ห้องโถง แน่นอน มันเป็นไปได้ที่จะวัดการหมุนรอบด้วยพัลส์โดยตรงจากขดลวดของมอเตอร์ตั้งแต่ มอเตอร์นี้เป็นแบบซิงโครนัส อย่างไรก็ตาม ตัวเลือกที่มีเซ็นเซอร์มีความน่าเชื่อถือมากกว่าและจะทำงานแม้ที่ความเร็วต่ำมาก ซึ่งพัลส์จะไม่สามารถอ่านได้

นอกจากการปฏิวัติ สแตนด์ของเราสามารถวัดพารามิเตอร์ที่สำคัญอีกหลายตัว:

• จ่ายกระแสไฟ (สูงถึง 30A) โดยใช้เซ็นเซอร์ปัจจุบันตามเอฟเฟกต์ฮอลล์ ACS712;
• แรงดันไฟฟ้า วัดโดยตรงผ่าน ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร์ ผ่านตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า
• อุณหภูมิภายใน/ภายนอกมอเตอร์ อุณหภูมิวัดโดยใช้ความต้านทานความร้อนของเซมิคอนดักเตอร์

ส่งผลให้จุดยืนของเราสามารถวัดได้ตลอดเวลา ลักษณะดังต่อไปนี้เครื่องยนต์:

• บริโภคในปัจจุบัน;
• แรงดันไฟฟ้าที่ใช้;
• การใช้พลังงาน;
• กำลังขับ;
• การหมุนเพลา
• ชั่วขณะบนเพลา
• พลังงานที่ทิ้งไว้ในความร้อน
• อุณหภูมิภายในมอเตอร์

ผลการทดสอบ

จากนั้นมอเตอร์ของเราก็ได้รับการทดสอบแล้ว โดยธรรมชาติแล้ว เขาสามารถแสดงประสิทธิภาพที่ดีขึ้น (65% เทียบกับ 45%) และในขณะเดียวกันก็แสดงประสิทธิภาพได้ดีกว่า (1200 เทียบกับ 250 กรัมต่อซม.) มากกว่า มอเตอร์ธรรมดา. การวัดอุณหภูมิยังให้เพียงพอ ผลลัพธ์ที่ดีในระหว่างการทดสอบ มอเตอร์ไม่ร้อนเกิน 80 องศา

แต่เมื่อ ช่วงเวลานี้การวัดยังไม่สิ้นสุด เราไม่สามารถวัดมอเตอร์ในช่วง RPM ทั้งหมดได้เนื่องจากข้อจำกัดของแหล่งจ่ายไฟ นอกจากนี้เรายังต้องเปรียบเทียบมอเตอร์ของเรากับมอเตอร์ที่คล้ายกันของคู่แข่งและทดสอบ "ในสนามรบ" ในการแข่งรถ รถบังคับวิทยุและแข่งขัน

บ้าน » เครื่องยนต์ » หลักการทำงานของมอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน การควบคุมมอเตอร์ไร้แปรงถ่านด้วยสัญญาณ EMF ย้อนกลับ - ทำความเข้าใจกับกระบวนการ มูลค่าการซื้อขายไฟฟ้าและของจริง