มอเตอร์ไร้แปรงถ่านอันทรงพลัง AVR492: AT90PWM3 การควบคุมมอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงถ่าน ลักษณะสำคัญของเครื่องยนต์

มอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีกำลังที่ดีขึ้นต่อน้ำหนักหนึ่งกิโลกรัม (ของตัวเอง) และความเร็วในการหมุนที่หลากหลาย ประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าแห่งนี้ก็น่าประทับใจเช่นกัน เป็นสิ่งสำคัญที่สัญญาณรบกวนวิทยุจะไม่ถูกปล่อยออกมาจากการติดตั้ง วิธีนี้ทำให้คุณสามารถวางอุปกรณ์ที่ไวต่อสัญญาณรบกวนข้างๆ ได้ โดยไม่ต้องกลัวว่าระบบทั้งหมดจะทำงานได้อย่างถูกต้อง

คุณสามารถวางและใช้มอเตอร์ไร้แปรงถ่านได้แม้ในน้ำ ซึ่งจะไม่ส่งผลกระทบในทางลบ นอกจากนี้ การออกแบบยังให้ตำแหน่งในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ควรพิจารณาตำแหน่งของชุดควบคุมล่วงหน้า โปรดจำไว้ว่าด้วยการทำงานอย่างระมัดระวังของโรงไฟฟ้าเท่านั้น เครื่องจักรจะทำงานอย่างมีประสิทธิภาพและราบรื่นในการผลิตของคุณเป็นเวลาหลายปี

โหมดการทำงานระยะยาวและระยะสั้นเป็นโหมดหลักสำหรับฐานข้อมูล ตัวอย่างเช่น สำหรับบันไดเลื่อนหรือสายพานลำเลียง รอบการทำงานที่ยาวนานนั้นเหมาะสม ซึ่งมอเตอร์จะทำงานแบบคงที่เป็นเวลานานหลายชั่วโมง สำหรับการใช้งานระยะยาว มีการถ่ายเทความร้อนภายนอกเพิ่มขึ้น: การปล่อยความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมต้องมากกว่าการปล่อยความร้อนภายในของโรงไฟฟ้า

ในโหมดการทำงานระยะสั้น เครื่องยนต์ไม่ควรมีเวลาให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงสุดระหว่างการทำงาน กล่าวคือ ต้องปิดก่อนเวลานี้ ในช่วงพักระหว่างการเปิดเครื่องและการทำงานของเครื่องยนต์ จะต้องมีเวลาทำให้เย็นลง นี่คือการทำงานของมอเตอร์ไร้แปรงถ่านในกลไกการยก เครื่องโกนหนวดไฟฟ้า ไดร์เป่า ไดร์เป่าผม และอุปกรณ์ไฟฟ้าสมัยใหม่อื่นๆ

ความต้านทานของขดลวดมอเตอร์สัมพันธ์กับค่าสัมประสิทธิ์ การกระทำที่เป็นประโยชน์โรงไฟฟ้า. ประสิทธิภาพสูงสุดสามารถทำได้ด้วยความต้านทานขดลวดต่ำสุด

ขีดสุด แรงดันใช้งาน- นี่คือแรงดันไฟฟ้าจำกัดที่สามารถนำไปใช้กับขดลวดสเตเตอร์ของโรงไฟฟ้าได้ แรงดันไฟฟ้าใช้งานสูงสุดเกี่ยวข้องโดยตรงกับความเร็วรอบเครื่องยนต์สูงสุดและกระแสไฟที่คดเคี้ยวสูงสุด ค่าสูงสุดของกระแสที่คดเคี้ยวถูกจำกัดโดยความเป็นไปได้ของการเกิดความร้อนสูงเกินไปของขดลวด ด้วยเหตุผลนี้เองที่เงื่อนไขทางเลือกแต่แนะนำสำหรับการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าคืออุณหภูมิแวดล้อมติดลบ ช่วยให้คุณชดเชยความร้อนสูงเกินไปของโรงไฟฟ้าได้อย่างมากและเพิ่มระยะเวลาในการทำงาน

กำลังเครื่องยนต์สูงสุดคือกำลังสูงสุดที่ระบบสามารถทำได้ภายในไม่กี่วินาที เป็นมูลค่าการพิจารณาว่า งานยาวเปิดมอเตอร์ไฟฟ้า พลังสูงสุดจะนำไปสู่ความร้อนสูงเกินไปของระบบและความล้มเหลวในการทำงานอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

กำลังไฟพิกัดคือกำลังไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้าสามารถพัฒนาได้ในช่วงระยะเวลาที่ได้รับอนุญาตของการดำเนินงานที่ประกาศโดยผู้ผลิต (หนึ่งรายการรวม)

มุมเลื่อนเฟสมีให้ในมอเตอร์เนื่องจากจำเป็นต้องชดเชยความล่าช้าในการเปลี่ยนเฟส

ทันทีที่ฉันเริ่มสร้างโมเดลเครื่องบิน ฉันเริ่มสนใจในทันทีว่าทำไมเครื่องยนต์ถึงมีสายไฟสามเส้น ทำไมมันถึงเล็กจังและในขณะเดียวกันก็ทรงพลังเหลือเกิน และทำไมมันถึงต้องการตัวควบคุมความเร็ว ... เวลาผ่านไปและฉันก็คิดออก ออกทั้งหมด จากนั้นเขาก็เริ่มสร้างมอเตอร์ไร้แปรงถ่านด้วยมือของเขาเอง

หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า:
งานใด ๆ ขึ้นอยู่กับ เครื่องไฟฟ้าปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้น ถ้าวงที่มีกระแสวางอยู่ในสนามแม่เหล็ก ก็จะได้รับผลกระทบจาก กำลังแอมป์ซึ่งจะสร้างแรงบิด เฟรมจะเริ่มหมุนและหยุดในตำแหน่งที่ไม่มีโมเมนต์ที่สร้างขึ้นโดยแรงแอมแปร์

อุปกรณ์มอเตอร์ไฟฟ้า:
ใดๆ เครื่องยนต์ไฟฟ้าประกอบด้วยส่วนคงที่ - สเตเตอร์และส่วนที่เคลื่อนไหว โรเตอร์. เพื่อเริ่มการหมุน คุณต้องเปลี่ยนทิศทางของกระแสในทางกลับกัน ทำหน้าที่นี้ นักสะสม(แปรง).

มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน- เป็นเครื่องยนต์ กระแสตรงไม่มีตัวสะสมซึ่งทำหน้าที่ของตัวรวบรวมโดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (ถ้ามอเตอร์มีสามสาย ไม่ได้หมายความว่ามีไฟสามเฟส กระแสสลับ! และทำงานได้จาก "ส่วน" ของพัลส์สั้น ๆ กระแสตรงและฉันไม่อยากทำให้คุณตกใจ แต่มอเตอร์แบบเดียวกับที่ใช้ในคูลเลอร์ก็ไร้แปรงเช่นกัน แม้ว่าจะมีสายไฟ DC เพียงสองเส้นก็ตาม)

อุปกรณ์มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน:
ผู้บุกเบิก(ออกเสียงว่า "ผู้บุกรุก") เครื่องยนต์มีขดลวดอยู่บนพื้นผิวด้านในของตัวเรือน และโรเตอร์แม่เหล็กหมุนอยู่ภายใน


รองชนะเลิศ(ออกเสียงว่า "แซงหน้า") เครื่องยนต์มีขดลวดคงที่ (ด้านใน) ซึ่งร่างกายจะหมุนด้วยแม่เหล็กถาวรที่วางอยู่บนผนังด้านใน

หลักการทำงาน:
เพื่อให้มอเตอร์แบบไม่มีแปรงเริ่มหมุน ต้องใช้แรงดันไฟฟ้ากับขดลวดของมอเตอร์แบบซิงโครนัส การซิงโครไนซ์สามารถจัดระเบียบได้โดยใช้เซ็นเซอร์ภายนอก (เซ็นเซอร์ออปติคัลหรือเซ็นเซอร์ Hall) และบนพื้นฐานของ EMF ด้านหลัง (ไร้เซ็นเซอร์) ซึ่งเกิดขึ้นในมอเตอร์ระหว่างการหมุน

การควบคุมแบบไม่ใช้เซนเซอร์:
มีมอเตอร์แบบไม่มีแปรงไม่มีเซ็นเซอร์ตำแหน่ง ในมอเตอร์ดังกล่าว การกำหนดตำแหน่งของโรเตอร์ทำได้โดยการวัด EMF ในเฟสอิสระ เราจำได้ว่าในแต่ละช่วงเวลา "+" เชื่อมต่อกับเฟสใดเฟสหนึ่ง (A) และไฟ "-" เชื่อมต่อกับอีกเฟสหนึ่ง (B) เฟสใดเฟสหนึ่งยังคงว่างอยู่ เมื่อหมุน มอเตอร์จะเหนี่ยวนำให้เกิด EMF (เช่น เป็นผลมาจากกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กระแสเหนี่ยวนำจะก่อตัวในขดลวด) ในขดลวดอิสระ เมื่อมันหมุน แรงดันไฟฟ้าบนเฟสอิสระ (C) จะเปลี่ยนไป โดยการวัดแรงดันไฟบนเฟสอิสระ คุณสามารถกำหนดโมเมนต์ของการสลับไปยังตำแหน่งถัดไปของโรเตอร์ได้
ในการวัดแรงดันนี้จะใช้วิธี "จุดเสมือน" สิ่งสำคัญที่สุดคือ เมื่อทราบความต้านทานของขดลวดทั้งหมดและแรงดันเริ่มต้น คุณสามารถ "เปลี่ยนลวด" ไปที่ทางแยกของขดลวดทั้งหมดได้:
ตัวควบคุมความเร็วมอเตอร์ไร้แปรง:
มอเตอร์ไร้แปรงถ่านที่ไม่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นเพียงเศษเหล็กเพราะ ในกรณีที่ไม่มีเรกูเลเตอร์ เราไม่สามารถใช้แรงดันไฟฟ้ากับมันได้ง่ายๆ เพื่อให้มันเริ่มหมุนตามปกติ ตัวควบคุมความเร็วเป็นระบบที่ค่อนข้างซับซ้อนของส่วนประกอบวิทยุเพราะ เธอต้อง:
1) กำหนดตำแหน่งเริ่มต้นของโรเตอร์เพื่อสตาร์ทมอเตอร์
2) ขับมอเตอร์ด้วยความเร็วต่ำ
3) เร่งความเร็วมอเตอร์ให้หมุนตามที่กำหนด (ชุด) ความเร็วในการหมุน
4) บำรุงรักษา ช่วงเวลาสูงสุดการหมุน

แผนผังของตัวควบคุมความเร็ว (วาล์ว):


มอเตอร์ไร้แปรงถ่านถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงรุ่งอรุณของการเกิดกระแสไฟฟ้า แต่ไม่มีใครสามารถสร้างระบบควบคุมสำหรับพวกเขาได้ และด้วยการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น: ด้วยการถือกำเนิดของทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์อันทรงพลัง มอเตอร์ไร้แปรงถ่านเริ่มถูกนำมาใช้ในชีวิตประจำวัน (การใช้ในอุตสาหกรรมครั้งแรกคือในยุค 60)

ข้อดีและข้อเสียของมอเตอร์แบบไม่มีแปรง:

ข้อดี:
-ความถี่ของการหมุนแตกต่างกันไปในช่วงกว้าง
- ความสามารถในการใช้ในสภาพแวดล้อมที่ระเบิดและก้าวร้าว
- ความจุแรงบิดสูง
- ประสิทธิภาพสูง (ประสิทธิภาพมากกว่า 90%)
-ระยะยาวบริการ, ความน่าเชื่อถือสูงและอายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากไม่มีหน้าสัมผัสไฟฟ้าเลื่อน

ข้อบกพร่อง:
- ระบบการจัดการเครื่องยนต์ที่ค่อนข้างซับซ้อน
- เครื่องยนต์มีราคาสูงเนื่องจากการใช้วัสดุราคาแพงในการออกแบบโรเตอร์ (แม่เหล็ก แบริ่ง เพลา)
เมื่อจัดการกับทฤษฎีแล้ว ไปปฏิบัติกัน: เราจะออกแบบและสร้างเอ็นจิ้นสำหรับ แบบจำลองแอโรบิกเอ็มเอ็กซ์-2

รายการวัสดุและอุปกรณ์:
1) ลวด (นำมาจากหม้อแปลงเก่า)
2) แม่เหล็ก (ซื้อออนไลน์)
3) สเตเตอร์ (แกะ)
4) เพลา
5) ตลับลูกปืน
6) ดูราลูมิน
7) ความร้อนหดตัว
8) เข้าถึงขยะเทคโนโลยีได้ไม่จำกัด
9) การเข้าถึงเครื่องมือ
10) แขนตรง :)

ความคืบหน้า:
1) จากจุดเริ่มต้นเราตัดสินใจ:

ทำไมเราถึงสร้างเครื่องยนต์?
ควรออกแบบเพื่ออะไร?
เราถูก จำกัด ที่ไหน?

ในกรณีของฉัน: ฉันกำลังสร้างเครื่องยนต์สำหรับเครื่องบิน ปล่อยให้มันเป็นการหมุนภายนอก มันควรจะได้รับการออกแบบสำหรับความจริงที่ว่ามันควรจะให้ 1,400 กรัมของแรงขับกับแบตเตอรี่สามกระป๋อง; ฉันมีน้ำหนักและขนาดจำกัด อย่างไรก็ตามคุณจะเริ่มต้นที่ไหน? คำตอบสำหรับคำถามนี้ง่าย: จากส่วนที่ยากที่สุดคือ ด้วยชิ้นส่วนที่หาได้ง่ายกว่าและทุกอย่างอื่นให้พอดี ฉันทำเช่นนั้น หลังจากพยายามทำสเตเตอร์แผ่นเหล็กอ่อนไม่สำเร็จหลายครั้ง ฉันก็เข้าใจได้ชัดเจนว่าควรหาอันหนึ่งดีกว่า ฉันพบมันในหัววิดีโอเก่าจากเครื่องบันทึกวิดีโอ

2) การพันของมอเตอร์แบบไม่มีแปรงถ่านแบบสามเฟสนั้นใช้ลวดทองแดงหุ้มฉนวน ซึ่งส่วนตัดขวางจะเป็นตัวกำหนดค่าของความแรงของกระแสไฟ และด้วยเหตุนี้กำลังของมอเตอร์ โปรดจำไว้ว่ายิ่งลวดหนาเท่าไร รอบเพิ่มเติมแต่แรงบิดอ่อนกว่า การเลือกส่วน:

1A - 0.05 มม.; 15A - 0.33 มม.; 40A - 0.7 มม.

3A - 0.11 มม.; 20A - 0.4 มม.; 50A - 0.8mm

10A - 0.25 มม. 30A - 0.55 มม.; 60A - 0.95 มม.


3) เราเริ่มม้วนลวดบนเสา ยิ่งหมุน (13) รอบฟันมากเท่าใด สนามแม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งสนามแข็งแกร่ง แรงบิดยิ่งมากขึ้น และจำนวนรอบที่น้อยลง เพื่อให้ได้ความเร็วสูง คุณต้องหมุนจำนวนรอบให้น้อยลง แต่ด้วยสิ่งนี้ แรงบิดก็ลดลงเช่นกัน เพื่อชดเชยช่วงเวลา มักจะมากกว่า ไฟฟ้าแรงสูง.
4) จากนั้นเลือกวิธีการเชื่อมต่อขดลวด: ดาวหรือสามเหลี่ยม การต่อแบบสตาร์ตให้แรงบิดมากกว่าแต่รอบน้อยกว่าการเชื่อมต่อแบบเดลต้าที่ 1.73 เท่า (จากนั้นจึงเลือกการเชื่อมต่อแบบเดลต้า)

5) เลือกแม่เหล็ก จำนวนเสาบนโรเตอร์ต้องเป็นคู่ (14) รูปร่างของแม่เหล็กที่ใช้มักจะเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ขนาดของแม่เหล็กขึ้นอยู่กับรูปทรงของมอเตอร์และลักษณะของมอเตอร์ ยิ่งใช้แม่เหล็กแรงมากเท่าใด โมเมนต์ของแรงที่พัฒนาขึ้นโดยมอเตอร์บนเพลาก็จะยิ่งสูงขึ้น นอกจากนี้ ยิ่งจำนวนขั้วมากเท่าใด ช่วงเวลาก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แต่รอบหมุนน้อยลง แม่เหล็กบนโรเตอร์ได้รับการแก้ไขด้วยกาวร้อนละลายพิเศษ

แบบทดสอบ เครื่องยนต์นี้ฉันใช้เวลาไปกับการติดตั้งเครื่องช่วยหายใจที่ฉันสร้างขึ้น ซึ่งช่วยให้คุณวัดแรงฉุดลาก กำลังและความเร็วของเครื่องยนต์ได้

ในการดูความแตกต่างระหว่างการเชื่อมต่อแบบสตาร์และเดลต้า ฉันเชื่อมต่อขดลวดด้วยวิธีต่างๆ:

ผลที่ได้คือเครื่องยนต์ที่สอดคล้องกับลักษณะของเครื่องบินซึ่งมีมวล 1,400 กรัม

ลักษณะของเครื่องยนต์ที่ได้:
การบริโภคในปัจจุบัน: 34.1A
หมุนเวียน ไม่ได้ใช้งาน: 2.1A
ความต้านทานคดเคี้ยว: 0.02 โอห์ม
จำนวนเสา: 14
มูลค่าการซื้อขาย: 8400 รอบต่อนาที

วิดีโอรายงานการทดสอบเครื่องยนต์บนเครื่องบิน ... Soft Landing: D

การคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องยนต์:


อย่างสูง ตัวบ่งชี้ที่ดี... แม้ว่าจะสามารถทำได้สูงกว่านี้ ...

สรุป:
1) มอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลสูง
2) มอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีขนาดกะทัดรัด
3) มอเตอร์ไร้แปรงถ่านสามารถใช้ในสภาพแวดล้อมที่ระเบิดได้
4) การเชื่อมต่อแบบ Star ให้แรงบิดมากกว่า แต่รอบน้อยกว่า 1.73 เท่าเมื่อเทียบกับการเชื่อมต่อแบบเดลต้า

ดังนั้น การสร้างมอเตอร์ไร้แปรงถ่านของคุณเองสำหรับเครื่องบินรุ่นแอโรบิกคือ ภารกิจเป็นไปได้

หากคุณมีคำถามหรือบางอย่างไม่ชัดเจน ถามคำถามในความคิดเห็นของบทความนี้ โชคดีนะทุกคน)

มอเตอร์กระแสตรงเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสตรง หากจำเป็น ให้ใช้มอเตอร์แรงบิดสูงที่มีความเร็วค่อนข้างต่ำ โครงสร้าง Inrunners นั้นง่ายกว่าเนื่องจากสเตเตอร์คงที่สามารถใช้เป็นที่อยู่อาศัยได้ สามารถติดตั้งอุปกรณ์ติดตั้งได้ ในกรณีของ Outrunners ส่วนนอกทั้งหมดจะหมุน เครื่องยนต์ถูกยึดด้วยเพลาคงที่หรือชิ้นส่วนสเตเตอร์ ในกรณีของมอเตอร์ล้อ การยึดจะดำเนินการกับแกนคงที่ของสเตเตอร์ ลวดจะถูกนำไปยังสเตเตอร์ผ่านแกนกลวงที่มีขนาดน้อยกว่า 0.5 มม.

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับเรียกว่า มอเตอร์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสสลับ. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับมีประเภทต่อไปนี้:

นอกจากนี้ยังมี UKD (มอเตอร์สับเปลี่ยนอเนกประสงค์) ที่มีฟังก์ชั่นโหมดการทำงานทั้งแบบกระแสสลับและกระแสตรง

เครื่องยนต์อีกประเภทหนึ่งคือ สเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่มีตำแหน่งโรเตอร์จำกัด. ตำแหน่งที่ระบุของโรเตอร์ได้รับการแก้ไขโดยการจ่ายพลังงานให้กับขดลวดที่จำเป็น เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายถูกถอดออกจากขดลวดอันหนึ่งและโอนไปยังขดลวดอื่น จะเกิดกระบวนการเปลี่ยนผ่านไปยังตำแหน่งอื่น

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ขับเคลื่อนโดยเครือข่ายเชิงพาณิชย์มักจะไม่บรรลุผล ความเร็วมากกว่าสามพันรอบต่อนาที. ด้วยเหตุนี้ เมื่อจำเป็นต้องได้รับความถี่ที่สูงกว่า จึงใช้มอเตอร์ตัวรวบรวม ซึ่งข้อดีเพิ่มเติมคือความเบาและความกะทัดรัดในขณะที่ยังคงรักษากำลังที่ต้องการ

บางครั้งก็ใช้กลไกการส่งสัญญาณพิเศษที่เรียกว่าตัวคูณซึ่งจะเปลี่ยนพารามิเตอร์จลนศาสตร์ของอุปกรณ์ให้เป็นตัวชี้วัดทางเทคนิคที่จำเป็น การประกอบของตัวสะสมบางครั้งใช้พื้นที่ถึงครึ่งหนึ่งของมอเตอร์ทั้งหมด ดังนั้นมอเตอร์ AC จึงมีขนาดลดลงและทำให้น้ำหนักเบาลงโดยใช้เครื่องแปลงความถี่ และบางครั้งเกิดจากการมีเครือข่ายที่มีความถี่เพิ่มขึ้นถึง 400 เฮิรตซ์

ทรัพยากรใด ๆ เอ มอเตอร์ซิงโครนัสกระแสสลับสูงกว่าตัวสะสมอย่างเห็นได้ชัด ถูกกำหนดไว้แล้ว สถานะของฉนวนของขดลวดและแบริ่ง. มอเตอร์ซิงโครนัสเมื่อใช้อินเวอร์เตอร์และเซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์ถือเป็นแอนะล็อกอิเล็กทรอนิกส์ของมอเตอร์สะสมแบบคลาสสิกที่รองรับการทำงานของกระแสตรง

มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน ข้อมูลทั่วไปและอุปกรณ์อุปกรณ์

มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านเรียกอีกอย่างว่ามอเตอร์ไร้แปรงถ่านสามเฟส เป็นอุปกรณ์ซิงโครนัสซึ่งมีหลักการทำงานอยู่บนพื้นฐานของการควบคุมความถี่แบบซิงโครไนซ์ด้วยตนเองเนื่องจากควบคุมเวกเตอร์ (เริ่มจากตำแหน่งของโรเตอร์) ของสนามแม่เหล็กสเตเตอร์

ตัวควบคุมมอเตอร์ประเภทนี้มักจะขับเคลื่อนโดย แรงดันคงที่ซึ่งพวกเขาได้ชื่อมา เป็นภาษาอังกฤษ วรรณกรรมทางเทคนิคมอเตอร์ไร้แปรงถ่านเรียกว่า PMSM หรือ BLDC

มอเตอร์ไร้แปรงถ่านถูกสร้างขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ มอเตอร์กระแสตรงใดๆโดยทั่วไป. ถึง กลไกการบริหารสำหรับอุปกรณ์ดังกล่าว (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับไมโครไดรฟ์ความเร็วสูงที่มีการวางตำแหน่งที่แม่นยำ) มีการกำหนดความต้องการที่สูงมาก

สิ่งนี้อาจนำไปสู่การใช้อุปกรณ์ DC เฉพาะเช่นมอเตอร์สามเฟสแบบไม่มีแปรงหรือที่เรียกว่า BLDT ด้วยการออกแบบของพวกเขา มันเกือบจะเหมือนกับมอเตอร์ซิงโครนัส AC ซึ่งการหมุนของโรเตอร์แม่เหล็กเกิดขึ้นในสเตเตอร์เคลือบธรรมดาเมื่อมีขดลวดสามเฟส และจำนวนรอบการหมุนขึ้นอยู่กับแรงดันและโหลดของสเตเตอร์ ตามพิกัดบางอย่างของโรเตอร์ ขดลวดสเตเตอร์ที่แตกต่างกันจะถูกเปลี่ยน

มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านสามารถมีอยู่ได้โดยไม่ต้องแยกเซ็นเซอร์ อย่างไรก็ตาม บางครั้งก็มีอยู่บนโรเตอร์ เช่น เซ็นเซอร์ Hall หากอุปกรณ์ทำงานโดยไม่มีเซ็นเซอร์เพิ่มเติม แสดงว่า ขดลวดสเตเตอร์ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบการตรึง. จากนั้นกระแสจะเกิดขึ้นเนื่องจากการหมุนของแม่เหล็ก เมื่อโรเตอร์เหนี่ยวนำ EMF ในขดลวดสเตเตอร์

หากขดลวดอันใดอันหนึ่งปิดอยู่ สัญญาณที่เหนี่ยวนำจะถูกวัดและประมวลผลต่อไป อย่างไรก็ตาม หลักการของการดำเนินการดังกล่าวจะเป็นไปไม่ได้เลยหากไม่มีศาสตราจารย์ด้านการประมวลผลสัญญาณ แต่หากต้องการย้อนกลับหรือเบรกมอเตอร์ไฟฟ้าดังกล่าว ไม่จำเป็นต้องใช้วงจรสะพาน - มันจะเพียงพอที่จะจ่ายพัลส์ควบคุมในลำดับย้อนกลับไปยังขดลวดสเตเตอร์

ใน VD (มอเตอร์แบบสวิตช์) ตัวเหนี่ยวนำในรูปของแม่เหล็กถาวรจะอยู่บนโรเตอร์และขดลวดกระดองอยู่บนสเตเตอร์ ตามตำแหน่งของโรเตอร์ แรงดันไฟฟ้าของขดลวดทั้งหมดเกิดขึ้นมอเตอร์ไฟฟ้า. เมื่อใช้ในโครงสร้างดังกล่าวของตัวสะสม หน้าที่ของมันจะถูกดำเนินการในมอเตอร์วาล์วโดยสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างมอเตอร์ซิงโครนัสและแบบไม่มีแปรงคือการซิงโครไนซ์ตัวเองของมอเตอร์หลังด้วยความช่วยเหลือของ DPR ซึ่งกำหนดความถี่ตามสัดส่วนของการหมุนของโรเตอร์และสนาม

ส่วนใหญ่แล้วมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านจะพบการใช้งานในพื้นที่ต่อไปนี้:

สเตเตอร์

อุปกรณ์นี้มีการออกแบบที่คลาสสิกและมีลักษณะคล้ายอุปกรณ์เดียวกัน เครื่องอะซิงโครนัส. องค์ประกอบประกอบด้วย แกนขดลวดทองแดง(วางรอบปริมณฑลเข้าไปในร่อง) ซึ่งกำหนดจำนวนเฟสและตัวเรือน โดยปกติแล้ว เฟสไซน์และโคไซน์จะเพียงพอสำหรับการหมุนและการสตาร์ทตัวเอง อย่างไรก็ตาม บ่อยครั้งมอเตอร์วาล์วถูกสร้างขึ้นแบบสามเฟสและสี่เฟส

มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับตามชนิดของขดลวดบนขดลวดสเตเตอร์ แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ

• รูปแบบไซนัส;
• รูปร่างสี่เหลี่ยมคางหมู

ในประเภทมอเตอร์ที่สอดคล้องกัน กระแสเฟสไฟฟ้ายังเปลี่ยนแปลงไปตามวิธีการจ่ายไฟแบบไซน์หรือสี่เหลี่ยมคางหมู

โรเตอร์

โดยปกติโรเตอร์จะทำจากแม่เหล็กถาวรที่มีเสาสองถึงแปดคู่ ซึ่งในทางกลับกัน จะสลับจากเหนือไปใต้หรือกลับกัน

ที่พบมากที่สุดและถูกที่สุดสำหรับการผลิตโรเตอร์คือแม่เหล็กเฟอร์ไรท์ แต่ข้อเสียคือ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กในระดับต่ำดังนั้น อุปกรณ์ที่ทำจากโลหะผสมของธาตุหายากหลายชนิดจึงกำลังเข้ามาแทนที่วัสดุนี้ เนื่องจากสามารถให้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กในระดับสูง ซึ่งจะทำให้ขนาดของโรเตอร์ลดลง

สพป

เซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์ให้ ข้อเสนอแนะ. ตามหลักการทำงาน อุปกรณ์แบ่งออกเป็นชนิดย่อยต่อไปนี้:

• อุปนัย;
• ตาแมว;
• เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์

ประเภทหลังเป็นที่นิยมมากที่สุดเนื่องจาก คุณสมบัติเฉื่อยสัมบูรณ์เกือบสัมบูรณ์และความสามารถในการกำจัดความล่าช้าในช่องป้อนกลับโดยตำแหน่งของโรเตอร์

ระบบควบคุม

ระบบควบคุมประกอบด้วยสวิตช์ไฟ ซึ่งบางครั้งก็เป็นไทริสเตอร์หรือทรานซิสเตอร์กำลังไฟฟ้า รวมถึงเกทที่หุ้มฉนวน ซึ่งนำไปสู่การรวบรวมอินเวอร์เตอร์ปัจจุบันหรืออินเวอร์เตอร์แรงดันไฟ กระบวนการจัดการคีย์เหล่านี้มักถูกนำไปใช้ โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งต้องใช้การคำนวณจำนวนมากเพื่อควบคุมเครื่องยนต์

หลักการทำงาน

การทำงานของเครื่องยนต์อยู่ในความจริงที่ว่าตัวควบคุมจะสลับขดลวดสเตเตอร์จำนวนหนึ่งในลักษณะที่เวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กของโรเตอร์และสเตเตอร์เป็นมุมฉาก ด้วย PWM (การปรับความกว้างพัลส์) ตัวควบคุมควบคุมกระแสที่ไหลผ่านมอเตอร์และควบคุมแรงบิดที่กระทำกับโรเตอร์ ทิศทางของโมเมนต์การแสดงนี้ถูกกำหนดโดยเครื่องหมายของมุมระหว่างเวกเตอร์ องศาไฟฟ้าใช้ในการคำนวณ

การสลับควรทำในลักษณะที่ Ф0 (ฟลักซ์กระตุ้นของโรเตอร์) คงที่โดยสัมพันธ์กับฟลักซ์ของกระดอง เมื่อแรงกระตุ้นดังกล่าวและการไหลของกระดองโต้ตอบกัน แรงบิด M จะเกิดขึ้น ซึ่งมีแนวโน้มที่จะหมุนโรเตอร์และขนานกันเพื่อให้แน่ใจว่าจะเกิดความบังเอิญของการกระตุ้นและการไหลของเกราะ อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการหมุนของโรเตอร์ ขดลวดต่างๆ จะถูกสลับภายใต้อิทธิพลของเซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์ อันเป็นผลมาจากการที่ฟลักซ์ของกระดองจะเปลี่ยนไปสู่ขั้นตอนต่อไป

ในสถานการณ์เช่นนี้ เวกเตอร์ที่เป็นผลลัพธ์จะเคลื่อนที่และหยุดนิ่งโดยสัมพันธ์กับฟลักซ์ของโรเตอร์ ซึ่งในทางกลับกัน จะสร้างแรงบิดที่จำเป็นบนเพลามอเตอร์

การจัดการเครื่องยนต์

ตัวควบคุมของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่านจะควบคุมโมเมนต์ที่กระทำต่อโรเตอร์โดยการเปลี่ยนค่าของการมอดูเลตความกว้างพัลส์ การสลับถูกควบคุมและ ดำเนินการทางอิเล็กทรอนิกส์ต่างจากมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านทั่วไป ระบบควบคุมที่ใช้การมอดูเลตความกว้างพัลส์และอัลกอริธึมการควบคุมความกว้างพัลส์ก็เป็นเรื่องธรรมดาเช่นกันสำหรับเวิร์กโฟลว์

มอเตอร์ควบคุมแบบเวกเตอร์ให้ช่วงที่รู้จักมากที่สุดสำหรับการควบคุมความเร็วด้วยตนเอง การควบคุมความเร็วนี้ตลอดจนการรักษาการเชื่อมต่อฟลักซ์บน ระดับที่ต้องการเกิดจากตัวแปลงความถี่

คุณลักษณะของการควบคุมไดรฟ์ไฟฟ้าตามการควบคุมเวกเตอร์คือการมีอยู่ของพิกัดที่ควบคุม พวกเขาอยู่ในระบบคงที่และ เปลี่ยนเป็นหมุนโดยเน้นค่าคงที่ตามสัดส่วนของพารามิเตอร์ที่ควบคุมของเวกเตอร์ อันเนื่องมาจากการดำเนินการควบคุมเกิดขึ้น และจากนั้นจึงเกิดการเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับ

แม้จะมีข้อดีทั้งหมดของระบบดังกล่าว แต่ก็มีข้อเสียในรูปแบบของความซับซ้อนในการควบคุมอุปกรณ์เพื่อควบคุมความเร็วในวงกว้าง

ข้อดีข้อเสีย

ปัจจุบันนี้ ในหลายอุตสาหกรรม มอเตอร์ประเภทนี้เป็นที่ต้องการอย่างมาก เนื่องจากมอเตอร์กระแสตรงแบบไร้แปรงถ่านได้รวมเอาส่วนประกอบเกือบทั้งหมดเข้าด้วยกันมากที่สุด คุณสมบัติที่ดีที่สุดมอเตอร์แบบไม่สัมผัสและชนิดอื่นๆ

ข้อดีที่ปฏิเสธไม่ได้ มอเตอร์ไร้แปรงถ่านเป็น:

แม้จะมีผลบวกที่สำคัญ มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านยังมีข้อเสียบางประการ:

จากที่กล่าวมาข้างต้นและความล้าหลังของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ในภูมิภาค หลายคนยังคงพิจารณาว่าเหมาะสมที่จะใช้มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสแบบธรรมดากับเครื่องแปลงความถี่

มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านสามเฟส

มอเตอร์ประเภทนี้มีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำการควบคุมโดยใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่ง หากโมเมนต์ของการต่อต้านแตกต่างกันหรือไม่ทราบเลย และจำเป็นจะต้องบรรลุด้วยหรือไม่ แรงบิดเริ่มต้นที่สูงขึ้นใช้การควบคุมเซ็นเซอร์ หากไม่ได้ใช้เซ็นเซอร์ (โดยปกติจะอยู่ในพัดลม) ตัวควบคุมจะขจัดความจำเป็นในการสื่อสารผ่านสาย

คุณสมบัติของการควบคุมมอเตอร์ไร้แปรงถ่านสามเฟสโดยไม่มีเซ็นเซอร์ตำแหน่ง:

คุณสมบัติการควบคุม มอเตอร์ไร้แปรงถ่านสามเฟสด้วยตัวเข้ารหัสตำแหน่งโดยใช้ตัวอย่างเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์:

บทสรุป

มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านมีข้อดีมากมาย และจะเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าสำหรับการใช้งานโดยผู้เชี่ยวชาญและคนธรรมดาทั่วไป

เมื่อฉันเริ่มออกแบบชุดควบคุมมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน (มอเตอร์ล้อ) มีคำถามมากมายเกี่ยวกับวิธีการจับคู่ เครื่องยนต์จริงด้วยแผนภาพนามธรรมของสามขดลวดและแม่เหล็กซึ่งตามกฎแล้วทุกคนจะอธิบายหลักการควบคุมปีศาจ เครื่องยนต์สะสม.

เมื่อฉันใช้การควบคุมด้วยเซ็นเซอร์ Hall ฉันยังคงไม่เข้าใจจริงๆ ว่าเกิดอะไรขึ้นในเครื่องยนต์นอกเหนือจากขดลวดสามเส้นและสองขั้วที่เป็นนามธรรม: ทำไม 120 องศาและทำไมอัลกอริธึมการควบคุมจึงเป็นแบบนั้น

ทุกอย่างเข้าที่เข้าทางเมื่อฉันเริ่มเข้าใจแนวคิดของการควบคุมมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน การเข้าใจกระบวนการที่เกิดขึ้นในชิ้นส่วนของเหล็กจริงๆ ช่วยให้ฉันพัฒนาฮาร์ดแวร์และเข้าใจอัลกอริธึมการควบคุม

ด้านล่างนี้ฉันจะพยายามทำความเข้าใจหลักการควบคุมมอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงถ่าน

สำหรับการทำงานของมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน สนามแม่เหล็กคงที่ของโรเตอร์จะต้องเคลื่อนที่ไปตามสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่หมุนของสเตเตอร์ เช่นเดียวกับในมอเตอร์กระแสตรงทั่วไป

การหมุนของสนามแม่เหล็กสเตเตอร์ทำได้โดยการเปลี่ยนขดลวดโดยใช้ชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์
การออกแบบมอเตอร์แบบไม่มีแปรงจะคล้ายกับมอเตอร์ซิงโครนัส หากคุณเชื่อมต่อมอเตอร์แบบไม่มีแปรงกับเครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับแบบสามเฟสที่ตรงตามพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของมอเตอร์ มอเตอร์แบบไม่มีแปรงก็จะทำงานได้

การสลับขดลวดของมอเตอร์แบบไม่มีแปรงทำให้สามารถควบคุมได้จากแหล่งจ่ายกระแสตรง เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการสร้างตารางการสับเปลี่ยนของมอเตอร์แบบไม่มีแปรง จำเป็นต้องพิจารณาการควบคุมเครื่อง AC ซิงโครนัส

เครื่องซิงโครนัส
เครื่องซิงโครนัสถูกควบคุมจากเครือข่าย AC สามเฟส มอเตอร์มี 3 ขดลวดไฟฟ้าชดเชย 120 องศาไฟฟ้า

เมื่อสตาร์ทมอเตอร์สามเฟสในโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า EMF จะเหนี่ยวนำให้เกิด EMF ในแต่ละขดลวดของมอเตอร์ด้วยสนามแม่เหล็กคงที่ ขดลวดของมอเตอร์จะกระจายตัวเท่าๆ กัน แรงดันไฟฟ้าไซน์จะถูกเหนี่ยวนำในแต่ละเฟส และสัญญาณเหล่านี้จะ เลื่อนไป 1/3 ของงวด (รูปที่ 1) รูปแบบของ EMF เปลี่ยนแปลงตามกฎไซน์ โดยคาบของไซนัสคือ 2P (360) เนื่องจากเรากำลังจัดการกับปริมาณไฟฟ้า (EMF, แรงดัน, กระแส) ให้เรียกว่า องศาไฟฟ้า และเราจะวัดคาบเป็น พวกเขา.

เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าสามเฟสกับมอเตอร์ ในแต่ละช่วงเวลาจะมีค่าความแรงกระแสที่แน่นอนในแต่ละขดลวด

ขดลวดแต่ละอันสร้างเวกเตอร์สนามแม่เหล็กตามสัดส่วนของกระแสในขดลวด เมื่อบวกเวกเตอร์ 3 ตัว คุณจะได้เวกเตอร์สนามแม่เหล็กที่เป็นผลลัพธ์ เมื่อเวลาผ่านไป กระแสบนขดลวดมอเตอร์จะเปลี่ยนตามกฎไซน์ ขนาดของเวกเตอร์สนามแม่เหล็กของแต่ละขดลวดจะเปลี่ยนไป และเวกเตอร์ทั้งหมดที่เป็นผลลัพธ์จะเปลี่ยนมุมของการหมุน ในขณะที่ขนาดของเวกเตอร์นี้ยังคงที่

รูปที่ 2 แสดงคาบไฟฟ้าหนึ่งคาบของมอเตอร์สามเฟส โดยระบุโมเมนต์ 3 โมเมนต์ในช่วงเวลานี้ เพื่อสร้างเวกเตอร์สนามแม่เหล็กในแต่ละโมเมนต์ เราใส่คาบนี้ 360 องศาไฟฟ้าบนวงกลม ให้วางขดลวดมอเตอร์ 3 ตัวโดยเลื่อน 120 องศาไฟฟ้าสัมพันธ์กัน (รูปที่ 3)

เวกเตอร์สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยขดลวดของมอเตอร์จะถูกพล็อตตามแต่ละเฟส ทิศทางของเวกเตอร์ถูกกำหนดโดยทิศทางของกระแสตรงในขดลวด ถ้าแรงดันที่ใช้กับขดลวดเป็นค่าบวก เวกเตอร์นั้นจะถูกชี้ไปในทิศทางตรงกันข้ามจากขดลวด หากเป็นลบ ให้ไปตามขดลวด ขนาดของเวกเตอร์เป็นสัดส่วนกับขนาดของแรงดันไฟฟ้าบนเฟสใน ช่วงเวลานี้.
เพื่อให้ได้เวกเตอร์สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้น จำเป็นต้องเพิ่มข้อมูลเวกเตอร์ตามกฎของการบวกเวกเตอร์
การสร้างช่วงเวลาที่สองและสามมีความคล้ายคลึงกัน

ดังนั้น เมื่อเวลาผ่านไป เวกเตอร์ที่ได้จะเปลี่ยนทิศทางของมันอย่างราบรื่น รูปที่ 5 แสดงเวกเตอร์ผลลัพธ์และแสดง เลี้ยวเต็มสนามแม่เหล็กสเตเตอร์ในช่วงเวลาไฟฟ้าหนึ่งช่วง

เบื้องหลังเวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้านี้ สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์จะถูกพัดพาไปในแต่ละช่วงเวลา (รูปที่ 6)

นี่คือการทำงานของเครื่อง AC แบบซิงโครนัส

การมีแหล่งจ่ายกระแสตรงจำเป็นต้องสร้างช่วงเวลาไฟฟ้าหนึ่งช่วงเวลาโดยเปลี่ยนทิศทางกระแสบนขดลวดมอเตอร์สามตัว เนื่องจากมอเตอร์แบบไม่มีแปรงมีการออกแบบคล้ายกับมอเตอร์ซิงโครนัสและมีพารามิเตอร์เหมือนกันในโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จึงจำเป็นต้องเริ่มจากรูปที่ 5 ซึ่งแสดงสนามแม่เหล็กที่หมุนได้ที่สร้างขึ้น

แรงดันคงที่
แหล่งจ่ายกระแสตรงมีสายไฟเพียง 2 เส้น "กำลังบวก" และ "กำลังลบ" ซึ่งหมายความว่าสามารถจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับขดลวดเพียงสองในสามเท่านั้น จำเป็นต้องประมาณรูปที่ 5 และเลือกช่วงเวลาทั้งหมดที่สามารถเปลี่ยน 2 จาก 3 เฟสได้

จำนวนการเรียงสับเปลี่ยนจากชุดที่ 3 คือ 6 ดังนั้นจึงมี 6 ตัวเลือกสำหรับการต่อขดลวด
เรามาอธิบายตัวเลือกการสลับที่เป็นไปได้และเลือกลำดับที่เวกเตอร์จะเลี้ยวต่อไปทีละขั้นจนกว่าจะถึงจุดสิ้นสุดของช่วงเวลาและเริ่มต้นใหม่

คาบไฟฟ้าจะนับจากเวกเตอร์แรก

รูปที่ 5 แสดงว่าเมื่อควบคุมแรงดันไฟไซน์แบบสามเฟสมีเวกเตอร์หลายตัวที่หมุนไปตามกาลเวลาอย่างราบรื่น และเมื่อสลับกับ DC เป็นไปได้ที่จะได้สนามการหมุนของเวกเตอร์เพียง 6 ตัว นั่นคือสลับไปยังขั้นตอนต่อไป ควรเกิดขึ้นทุกๆ 60 องศาไฟฟ้า
ผลลัพธ์จากรูปที่ 7 สรุปไว้ในตารางที่ 1

ตารางที่ 1. ลำดับการสลับผลลัพธ์ของขดลวดมอเตอร์

ประเภทของสัญญาณควบคุมที่เป็นผลลัพธ์ตามตารางที่ 1 แสดงไว้ในรูปที่ 8 โดยที่ -V กำลังเปลี่ยนเป็นค่าลบของแหล่งพลังงาน (GND) และ +V กำลังเปลี่ยนเป็นค่าบวกของแหล่งพลังงาน

อย่างไรก็ตาม ภาพจริงจากเฟสของมอเตอร์จะคล้ายกับสัญญาณไซน์จากรูปที่ 1 สัญญาณมีรูปร่างสี่เหลี่ยมคางหมู เนื่องจากในช่วงเวลาที่ขดลวดมอเตอร์ไม่ได้ต่อ แม่เหล็กถาวรของโรเตอร์จะเหนี่ยวนำ EMF มัน (รูปที่ 9)

บนออสซิลโลสโคปจะมีลักษณะดังนี้:

คุณสมบัติการออกแบบ
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ สำหรับการสลับ 6 ขดลวด จะเกิดช่วงเวลาไฟฟ้าหนึ่งรอบ 360 องศาไฟฟ้า
จำเป็นต้องเชื่อมโยงช่วงเวลานี้กับมุมการหมุนที่แท้จริงของโรเตอร์ มอเตอร์ที่มีขั้วหนึ่งคู่และสเตเตอร์สามฟันนั้นไม่ค่อยได้ใช้ มอเตอร์มีขั้ว N คู่
รูปที่ 11 แสดงรุ่นมอเตอร์ที่มีขั้วหนึ่งคู่และขั้วสองคู่

มอเตอร์ที่มีขั้วสองคู่มี 6 ขดลวดแต่ละขดลวดเป็นคู่แต่ละกลุ่มมี 3 ขดลวดชดเชยจากกัน 120 องศาไฟฟ้า รูปที่ 12b. ล่าช้าไปหนึ่งงวดเป็นเวลา 6 ม้วน ขดลวด U1-U2, V1-V2, W1-W2 เชื่อมต่อถึงกันและในการออกแบบจะแสดงสายเอาต์พุต 3 เฟส การเชื่อมต่อจะไม่แสดงเพื่อความเรียบง่าย แต่จำไว้ว่า U1-U2, V1-V2, W1-W2 เหมือนกัน

รูปที่ 12 ตามข้อมูลในตารางที่ 1 แสดงเวกเตอร์สำหรับเสาหนึ่งและสองคู่

รูปที่ 13 แสดงเวกเตอร์ที่สร้างขึ้นโดยขดลวดมอเตอร์สวิตชิ่ง 6 ตัวพร้อมขั้วหนึ่งคู่ โรเตอร์ประกอบด้วยแม่เหล็กถาวร ใน 6 ขั้นตอน โรเตอร์จะหมุน 360 องศาทางกล
รูปภาพแสดงตำแหน่งสุดท้ายของโรเตอร์ ในช่วงเวลาระหว่างตำแหน่งที่อยู่ติดกันสองตำแหน่ง โรเตอร์จะหมุนจากตำแหน่งก่อนหน้าไปยังสถานะสวิตช์ถัดไป เมื่อโรเตอร์ไปถึงตำแหน่งสิ้นสุดนี้ การเปลี่ยนครั้งต่อไปจะต้องเกิดขึ้น และโรเตอร์จะมุ่งไปที่การตั้งค่าใหม่ เพื่อให้เวกเตอร์สนามแม่เหล็กของมันกลายเป็นทิศทางร่วมกับเวกเตอร์สนามแม่เหล็กไฟฟ้าของสเตเตอร์

ในมอเตอร์ที่มีคู่ขั้ว N จะใช้วงจรไฟฟ้า N รอบเพื่อให้การปฏิวัติทางกลเสร็จสมบูรณ์
มอเตอร์ที่มีขั้วสองคู่จะมีแม่เหล็กสองตัวที่มีขั้ว S และ N และขดลวด 6 อัน (รูปที่ 14) ขดลวด 3 กลุ่มแต่ละกลุ่มจะถูกชดเชยโดยสัมพันธ์กันโดย 120 องศาไฟฟ้า

การกำหนดตำแหน่งโรเตอร์ของมอเตอร์แบบไม่มีแปรง
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้สำหรับการทำงานของเครื่องยนต์จำเป็นต้องเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้ากับขดลวดสเตเตอร์ที่จำเป็นในเวลาที่เหมาะสม จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้ากับขดลวดของมอเตอร์โดยขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโรเตอร์ เพื่อให้สนามแม่เหล็กสเตเตอร์อยู่ข้างหน้าสนามแม่เหล็กของโรเตอร์เสมอ ในการกำหนดตำแหน่งของโรเตอร์มอเตอร์และการสลับของขดลวด ให้ใช้ หน่วยอิเล็กทรอนิกส์การจัดการ.
การติดตามตำแหน่งของโรเตอร์สามารถทำได้หลายวิธี:
1. เซ็นเซอร์ฮอลล์
2. โดย กลับ EMF
ตามกฎแล้ว ผู้ผลิตจะติดตั้งเซ็นเซอร์ Hall ในเครื่องยนต์เมื่อปล่อย ดังนั้นนี่จึงเป็นวิธีการควบคุมที่ใช้บ่อยที่สุด
การสลับขดลวดตามสัญญาณ EMF ด้านหลังทำให้คุณสามารถละทิ้งเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งในมอเตอร์และใช้เป็นเซ็นเซอร์ในการวิเคราะห์เฟสอิสระของมอเตอร์ ซึ่งจะเหนี่ยวนำโดยสนามแม่เหล็กของ EMF ด้านหลัง

การควบคุมมอเตอร์ไร้แปรงถ่านพร้อมเซ็นเซอร์ฮอลล์
หากต้องการเปลี่ยนขดลวดในเวลาที่เหมาะสม จำเป็นต้องติดตามตำแหน่งของโรเตอร์เป็นองศาไฟฟ้า เซ็นเซอร์ฮอลล์ใช้สำหรับสิ่งนี้
เนื่องจากเวกเตอร์สนามแม่เหล็กมี 6 สถานะ จึงจำเป็นต้องมีเซ็นเซอร์ Hall 3 ตัว ซึ่งจะแทนหนึ่งตัว ตัวเข้ารหัสสัมบูรณ์ตำแหน่งที่มีเอาต์พุตสามบิต เซ็นเซอร์ Hall ได้รับการติดตั้งในลักษณะเดียวกับขดลวด โดยชดเชย 120 องศาไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้แม่เหล็กโรเตอร์สามารถใช้เป็นองค์ประกอบที่ทำหน้าที่ของเซ็นเซอร์ได้

ในการหมุนมอเตอร์ จำเป็นต้องให้สนามแม่เหล็กของสเตเตอร์อยู่ข้างหน้าสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ ตำแหน่งเมื่อเวกเตอร์สนามแม่เหล็กของโรเตอร์ถูกกำกับร่วมกับเวกเตอร์สนามแม่เหล็กของสเตเตอร์นั้นถือเป็นที่สิ้นสุดสำหรับการสลับครั้งนี้ ว่าสวิตช์ไปยังชุดค่าผสมถัดไปควรเกิดขึ้นเพื่อป้องกันไม่ให้โรเตอร์แขวนอยู่ในตำแหน่งนิ่ง
มาเปรียบเทียบสัญญาณจากเซ็นเซอร์ Hall กับเฟสที่ต้องสลับกัน (ตารางที่ 2)

ตารางที่ 2. การเปรียบเทียบสัญญาณเซ็นเซอร์ Hall กับการสลับเฟสของมอเตอร์

กลับการควบคุม EMF
มีมอเตอร์แบบไม่มีแปรงที่ไม่มีเซ็นเซอร์ตำแหน่ง การกำหนดตำแหน่งของโรเตอร์ทำได้โดยใช้การวิเคราะห์ สัญญาณ EMFในเฟสอิสระของมอเตอร์ ในแต่ละช่วงเวลา “+” เชื่อมต่อกับเฟสใดเฟสหนึ่ง และไฟ “-” เชื่อมต่อกับอีกเฟสหนึ่ง โดยเฟสใดเฟสหนึ่งยังคงว่างอยู่ การหมุนสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ทำให้เกิด EMF ในขดลวดอิสระ เมื่อการหมุนดำเนินไป แรงดันไฟฟ้าบนเฟสอิสระจะเปลี่ยนไป (รูปที่ 17)

สัญญาณจากขดลวดมอเตอร์แบ่งเป็น 4 จุด คือ
1. ไขลานเชื่อมต่อกับ0
2. ไม่ต่อขดลวด (เฟสฟรี)
3. ขดลวดเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้า
4. ไม่ต่อขดลวด (เฟสฟรี)
เมื่อเปรียบเทียบสัญญาณจากเฟสกับสัญญาณควบคุม จะเห็นได้ว่า โมเมนต์ของการเปลี่ยนสถานะเป็นสถานะถัดไปสามารถตรวจจับได้โดยการข้ามจุดกึ่งกลาง (ครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟจ่าย) กับเฟสที่ไม่ได้เชื่อมต่ออยู่ในปัจจุบัน (รูปที่ 18) .

หลังจากตรวจพบทางแยกแล้ว จำเป็นต้องหยุดชั่วคราวและเปิดสถานะถัดไป จากรูปนี้ มีการรวบรวมอัลกอริทึมสำหรับการเปลี่ยนสถานะของขดลวด (ตารางที่ 3)

ตารางที่ 3. อัลกอริธึมสำหรับการสลับขดลวดมอเตอร์

ตัวเปรียบเทียบจะทำงานในขณะที่แรงดันไฟฟ้าผ่านจุดกึ่งกลางและสร้างสัญญาณสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์

การประมวลผลสัญญาณจากเฟสมอเตอร์
อย่างไรก็ตาม สัญญาณจากเฟสต่างๆ ระหว่างการควบคุมความเร็ว PWM มีลักษณะที่แตกต่างกันและมีอักขระพัลซิ่ง (รูปที่ 21) ในสัญญาณดังกล่าว เป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจจับจุดตัดกับจุดกึ่งกลาง

ดังนั้น สัญญาณนี้ควรถูกกรองด้วยตัวกรอง RC เพื่อรับซองจดหมาย และแบ่งตามข้อกำหนดของตัวเปรียบเทียบด้วย เมื่อรอบการทำงานเพิ่มขึ้น สัญญาณ PWM จะเพิ่มขึ้นในแอมพลิจูด (รูปที่ 22)

แผนภาพที่มีจุดกึ่งกลาง

สัญญาณถูกนำมาจากเฟสผ่านตัวต้านทานจำกัดกระแสและรวมกัน จะได้ภาพต่อไปนี้:

เนื่องจาก PWM แรงดันไฟฟ้าจุดกึ่งกลางไม่คงที่ จึงจำเป็นต้องกรองสัญญาณด้วย แรงดันไฟฟ้าจุดกึ่งกลางหลังจากการทำให้เรียบจะมีขนาดใหญ่พอ (ในพื้นที่ของแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์) จะต้องหารด้วยตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าให้เท่ากับครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย

หลังจากที่สัญญาณผ่านตัวกรอง การแกว่งจะถูกทำให้เรียบ และได้รับแรงดันที่เท่ากันซึ่งสัมพันธ์กับซึ่งสามารถตรวจจับครอสโอเวอร์ EMF ด้านหลังได้

จุดกึ่งกลางจะเปลี่ยนค่าขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า (รอบการทำงาน) เช่นเดียวกับซองสัญญาณ

สัญญาณที่ได้รับจากเครื่องเปรียบเทียบจะถูกส่งไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งประมวลผลตามอัลกอริทึมด้านบน
สำหรับตอนนี้ นั่นคือทั้งหมด

คุณสมบัติที่โดดเด่น:

• ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับ BCEPT
• ใช้ตัวควบคุมเวทีกำลัง
• ตัวอย่างรหัสโปรแกรม

บทนำ

บันทึกการใช้งานนี้อธิบายวิธีการใช้อุปกรณ์ควบคุม มอเตอร์ไร้แปรงถ่านกระแสตรง (BKEPT) โดยใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่งตามไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR AT90PWM3

แกน AVR ประสิทธิภาพสูงของไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งประกอบด้วยตัวควบคุมระยะกำลัง ช่วยให้คุณติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงถ่านความเร็วสูงได้

เอกสารนี้ให้คำอธิบายสั้น ๆ เกี่ยวกับหลักการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน และอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับการควบคุม BECPT ในโหมดสัมผัส และยังมีคำอธิบาย แผนภูมิวงจรรวมการพัฒนาอ้างอิง ATAVRMC100 ซึ่งใช้บันทึกการใช้งานเหล่านี้

มีการกล่าวถึงการใช้งานซอฟต์แวร์ด้วยลูปควบคุมที่ใช้ซอฟต์แวร์ตามตัวควบคุม PID เพื่อควบคุมกระบวนการเปลี่ยน ส่อให้เห็นถึงการใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่งตามเอฟเฟกต์ฮอลล์เท่านั้น

หลักการทำงาน

ขอบเขตของการใช้ BKEPT นั้นเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องซึ่งเกิดจากข้อดีหลายประการ:

1. ไม่มีชุดประกอบที่หลากหลายซึ่งทำให้การบำรุงรักษาง่ายขึ้นหรือลดลง
2. รุ่นมากกว่า ระดับต่ำเสียงอะคูสติกและไฟฟ้าเทียบกับมอเตอร์กระแสตรงแบบสับเปลี่ยนกระแสตรงสากล
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 วิธีการควบคุมสวิตชิ่งที่ใช้กันทั่วไปและเรียบง่ายที่สุดที่ใช้ในการควบคุม BKEPT คือวงจรเปิด-ปิด เมื่อขดลวดนำกระแสไฟฟ้าหรือไม่ใช้ 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 แผนภาพโครงสร้างของตัวควบคุม 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); ฟังก์ชันนี้จะคำนวณความเร็วของเครื่องยนต์ตามหลักการวัดระยะเวลาพัลส์ของเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์

  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 ในระยะเวลาหนึ่งพัลส์ 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 คำอธิบายโดยละเอียดของฮาร์ดแวร์มีอยู่ในคู่มือผู้ใช้สำหรับชุด 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

บ้าน » ไฟภายนอกรถ » มอเตอร์ไร้แปรงถ่านอันทรงพลัง AVR492: AT90PWM3 การควบคุมมอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงถ่าน ลักษณะสำคัญของเครื่องยนต์