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Wie steuere ich einen bürstenlosen Motor?

2022/09/22

Steigend Verbraucheranforderungen an Leistung, Zuverlässigkeit, Funktionalität und Leistung treiben das schnelle Wachstum elektronischer Geräte voran, darunter Rasenmäher, Kühlschränke, Staubsauger, Autos und mehr. Hersteller möchten eine vollständige Lieferung. Die motorische Kontrolle spielt eine wichtige Rolle bei der Lieferung auf diese Versprechen, und das Verständnis der Grundlagen ist der erste Schritt zu diesem Ziel.


verschiedene Motortypen

Dort sind heute mehrere Motorsteuerungstopologien verfügbar: gebürstet, bürstenloser Gleichstrom (BLDC), Stepper und induktiv. BLDC und Permanentmagnet Synchronmotor (PMSM) sind die beiden am engsten verwandten Typen von bürstenlose Motoren.

Bürstenlos Motoren machen Motorbürsten überflüssig und werden in vielen verwendet Anwendungen heute. Diese BLDC-Topologien verwenden Kommutierungslogik, um sich zu bewegen des Rotors, was die Effizienz und Zuverlässigkeit des Motors erhöht. Lasst uns ins Detail gehen.


Erfahren Sie mehr über Motoren vom Typ BLDC und PMSM

BLDC und PMSM-Motoren arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie Synchronmotoren. Das Der Rotor folgt bei jeder Kommutierung weiterhin dem Stator, also dem Motor kann weiter laufen. Allerdings die Statorwicklungen der beiden Gleichstrommotoren haben unterschiedliche Geometrien, die zu unterschiedlichen Rücken führen können Reaktionen der elektromotorischen Kraft (BEMF). BLDC BEFM ist trapezförmig. Das BEMF eines PMSM-Motors ist sinusförmig, also sind die Spulenwicklungen gewickelt sinusförmig. Um die Leistung zu maximieren, sind diese Elektroden typischerweise sinusförmig kommutiert.


BLDC und PMSM-Motoren (Abbildung 1) erzeugen durch ihre elektromotorische Kraft Wicklungen während des Betriebs. In jeder elektrischen Maschine, aufgrund von Bewegung, die Die resultierende EMF wird als elektromotorische Gegenkraft (BEMF) bezeichnet, weil die Die in der elektrischen Maschine induzierte elektromotorische Kraft ist der entgegengesetzt elektromotorische Kraft des Generators.


Abbildung 1: BLDC- und PMSM-Motoren verwenden typischerweise eine Sinuswellenkommutierung.


Beschreibung der feldorientierten Steuerung

Zu Erzielen Sie eine sinusförmige Wellenform, um einen PMSM-Motor zu steuern, einen feldorientierten Steueralgorithmus (FOC) ist erforderlich. FOC wird oft verwendet, um die zu maximieren Wirkungsgrad von PMSM-Drehstrommotoren. Verglichen mit der Leiter von BLDC Controller, der Sinuscontroller von PMSM ist komplexer und mehr teuer. Die erhöhten Kosten bringen jedoch auch einige Vorteile, wie z als Reduzierung von Rauschen und Oberwellen in der Stromwellenform. Die wichtigsten Vorteil von BLDC ist die einfachere Steuerung. Am Ende ist es am besten, eine zu wählen Motor basierend auf den Anwendungsanforderungen.


BLDC- und PMSM-Motoren mit und ohne Sensoren

BLDC und PMSM-Motoren sind mit oder ohne Sensoren erhältlich. Motoren mit Sensoren (Abbildung 2) eignen sich für Anwendungen, die starten müssen Motor unter Last. Diese Motoren verwenden Hall-Sensoren, die darin eingebettet sind der Elektrodenstator. Ein Sensor ist im Wesentlichen ein Schalter, dessen Digital Der Ausgang entspricht der erkannten Polarität des Magnetfelds. EIN Für jede Phase des Motors ist ein separater Hallsensor erforderlich. Drehstrommotoren benötigen drei Hallsensoren. Motoren ohne Sensoren erfordern einen Algorithmus, der den Motor als Sensor verwendet. Sie verlassen sich zu BEMF-Informationen. Durch Abtasten der BEMF kann die Position des Rotors ermittelt werden abgeleitet werden, wodurch die Notwendigkeit für hardwarebasierte Sensoren entfällt. Unabhängig von der Motortopologie erfordert die Steuerung dieser Motoren Kenntnis der Rotorlage, damit der Motor kommutieren kann effektiv.


Abbildung 2: Schematische Darstellung von BLDC- und PMSM-Motoren.



Algorithmen der Motorsteuerungssoftware

Heute, Softwarealgorithmen wie Computerprogramme (eine Reihe von Anweisungen die dazu bestimmt sind, eine bestimmte Aufgabe auszuführen) beginnen, zur Kontrolle verwendet zu werden BLDC- und PMSM-Motoren. Diese Softwarealgorithmen verbessern den Motor Effizienz und Reduzierung der Betriebskosten durch Überwachung des Motorbetriebs. Einige der Hauptfunktionen im Algorithmus umfassen Motor Initialisierung, Positionserkennung des Hallsensors und Schaltsignal Prüfen, ob die aktuelle Referenz erhöht oder gesenkt wird.



Wie der Controller Motorsensorinformationen verarbeitet

EIN dreiphasiger BLDC-Motor hat 6 Zustände. Wie in Abbildung 3 gezeigt, die Der dreistellige Code kann eine Opcode-Nummer zwischen 1 und 6 darstellen Sensor wird verwendet, um eine 3-Bit-Datenausgabe über 6 der 8 Opcodes bereitzustellen (1 bis 6). Diese Informationen sind nützlich, da der Controller dies kann festzustellen, wann ein illegaler Opcode ausgegeben wurde, und darauf basierend Maßnahmen zu ergreifen auf den zulässigen Opcodes (1 bis 6). Der Algorithmus übernimmt den Hallsensor opcode und dekodiert es. Wenn sich der Opcode-Wert des Hall-Sensors ändert, wird die Der Controller ändert das Stromzufuhrschema, um eine Kommutierung zu erreichen. Das Der Mikrocontroller verwendet den Opcode, um die Stromversorgung zu extrahieren Informationen aus der Nachschlagetabelle. Nach dem Einschalten der Drehstrom Wechselrichter mit dem neuen Sektorbefehl verschiebt sich das Magnetfeld auf den neue Position, wobei der Rotor in Bewegungsrichtung gedrückt wird. Dies Der Vorgang wird bei laufendem Motor ständig wiederholt.


Abbildung 3: Dreistellige Codes können verwendet werden, um Opcode-Nummern zwischen 1 und 6 darzustellen.



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