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直流�(wú)刷電�(dòng)�(jī)
閱讀�1287�(shí)間:2022-02-28 15:42:05

    直流�(wú)刷電�(jī)是同步電�(jī)的一種,也就是說(shuō)電機(jī)�(zhuǎn)子的�(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度及轉(zhuǎn)子極�(shù)(P)影響:N=120.f / P�

變壓�(diào)速的固定磁場(chǎng)�(wú)刷直流電�(jī)�(wèn)�

    一般的�(wú)刷直流電�(jī)本質(zhì)上屬于伺服電�(jī),由同步電機(jī)和驅(qū)�(dòng)器構(gòu)�,是變頻�(diào)速電�(jī)。變壓調(diào)速的�(wú)刷直流電�(jī)是真正意義上的無(wú)刷直流電�(jī),它由定子和�(zhuǎn)子構(gòu)成,定子由鐵心構(gòu)�,線圈采用“順-�-�-逆……”繞組,由此�(chǎn)生N-S群的固定磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子由一�(gè)圓柱體磁鐵構(gòu)成(中間帶軸�,或由電磁鐵加集電環(huán)組成,該�(wú)刷直流電�(jī)可以�(chǎn)生轉(zhuǎn)�,不能控制方�,但該電�(jī)傳承了直流電�(jī)固有的優(yōu)�(diǎn)——恒功率和恒�(zhuǎn)矩調(diào)�,所以無(wú)論怎么�(shuō),該電機(jī)都是一�(xiàng)有意義的�(fā)�。當(dāng)作為一�(gè)直流�(fā)電機(jī),本�(fā)明可以產(chǎn)生連續(xù)振幅的直流電�,從而避免使用濾波電容器,轉(zhuǎn)子可以是永磁、有刷勵(lì)磁或�(wú)刷勵(lì)�。當(dāng)作為大型電機(jī)�(shí),該電機(jī)�(huì)�(chǎn)生自�,需要采用保�(hù)裝置。直流變壓調(diào)速成本極�,也不會(huì)�(chǎn)生諧�,所以該電機(jī)�(diào)速效果可與汽�(chē)自動(dòng)變速箱媲美。該�(wú)刷直流電�(jī)還具有停�(jī)自動(dòng)剎車(chē)功能,所以該電機(jī)可用于一些特殊領(lǐng)域。直流電�(jī)的歷史由�(lái)已久,人�(lèi)早的電機(jī)�(fā)明(美國(guó)�(zhuān)�132)就是直流電�(jī)。當(dāng)今世界的電動(dòng)�(jī)和發(fā)電機(jī)種類(lèi)多樣,功能各異,令人目不暇接,而且電機(jī)�(zhuān)利也層出不窮。李佳君的旋�(zhuǎn)磁場(chǎng)直流電動(dòng)�(jī)可以造就傳動(dòng)�(lǐng)域的一�(chǎng)革命,夏追的固定磁場(chǎng)�(wú)刷直流電�(jī)也是一�(gè)有非凡意義的�(fā)明,相信人類(lèi)以后一定會(huì)有更多更好的電機(jī)�(fā)�。作為全世界�(zhuǎn)速高和結(jié)�(gòu)�(jiǎn)單的電機(jī),該電機(jī)定會(huì)大受歡迎�

基本�(nèi)�

    直流�(wú)刷電�(jī)的控制結(jié)�(gòu)

    直流�(wú)刷電�(jī)是同步電�(jī)的一種,也就是說(shuō)電機(jī)�(zhuǎn)子的�(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度及轉(zhuǎn)子極�(shù)(P)影響�

    N=120.f / P。在�(zhuǎn)子極�(shù)固定情況下,改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率就可以改變�(zhuǎn)子的�(zhuǎn)速。直流無(wú)刷電�(jī)即是將同步電�(jī)加上電子式控�(�(qū)�(dòng)�),控制定子旋�(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率并將電�(jī)�(zhuǎn)子的�(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正,以期達(dá)到接近直流電�(jī)特性的方式。也就是�(shuō)直流�(wú)刷電�(jī)能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)�(dāng)�(fù)載變化時(shí)仍可以控制電�(jī)�(zhuǎn)子維持一定的�(zhuǎn)��

    直流�(wú)刷驅(qū)�(dòng)器包括電源部及控制部如圖 (1) :電源部提供三相電源給電�(jī),控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻��

    電源部可以直接以直流電輸�(一般為24V)或以交流電輸�(110V/220 V),如果輸入是交流電就得先�(jīng)�(zhuǎn)換器(converter)�(zhuǎn)成直�。不論是直流電輸入或交流電輸入要�(zhuǎn)入電�(jī)線圈前須先將直流電壓由換流器(inverter)�(zhuǎn)�3相電壓來(lái)�(qū)�(dòng)電機(jī)。換流器(inverter)一般由6�(gè)功率晶體�(Q1~Q6)分為上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)連接電機(jī)作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開(kāi)�(guān)。控制部則提供PWM(脈沖寬度�(diào)�)決定功率晶體管開(kāi)�(guān)頻度及換流器(inverter)換相的時(shí)�(jī)。直流無(wú)刷電�(jī)一般希望使用在�(dāng)�(fù)載變�(dòng)�(shí)速度可以�(wěn)定于�(shè)定值而不�(huì)變動(dòng)太大的速度控制,所以電�(jī)�(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場(chǎng)的霍爾傳感器(hall-sensor),做為速度之閉回路控制,同�(shí)也做為相序控制的依據(jù)。但這只是用�(lái)做為速度控制并不能拿�(lái)做為定位控制�

    直流�(wú)刷電�(jī)的控制原�

    要讓電機(jī)�(zhuǎn)�(dòng)起來(lái),首先控制部就必須根�(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機(jī)�(zhuǎn)子目前所在位�,然后依照定子繞線決定開(kāi)�(或關(guān)�)換流�(inverter)中功率晶體管的順序,� 下(圖二� inverter中之AH、BH、CH(這些�(chēng)為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些�(chēng)為下臂功率晶體管),使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈�(chǎn)生順�(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用,如此就能使電機(jī)順時(shí)/逆時(shí)�(zhuǎn)�(dòng)。當(dāng)電機(jī)�(zhuǎn)子轉(zhuǎn)�(dòng)到hall-sensor感應(yīng)出另一組信�(hào)的位置時(shí),控制部又再�(kāi)啟下一組功率晶體管,如此循�(huán)電機(jī)就可以依同一方向繼續(xù)�(zhuǎn)�(dòng)直到控制部決定要電機(jī)�(zhuǎn)子停止則�(guān)閉功率晶體管(或只�(kāi)下臂功率晶體�);要電機(jī)�(zhuǎn)子反向則功率晶體管開(kāi)啟順序相��

    基本上功率晶體管的開(kāi)法可舉例如下�

    AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一��

    但能�(kāi)成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_(kāi)�(guān)的響�(yīng)�(shí)�,所以功率晶體管在關(guān)與開(kāi)的交�(cuò)�(shí)間要將零件的響應(yīng)�(shí)間考慮�(jìn)�,否則當(dāng)上臂(或下�)尚未完全�(guān)閉,下臂(或上�)就已�(kāi)�,結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀�

    �(dāng)電機(jī)�(zhuǎn)�(dòng)起來(lái),控制部�(huì)再根�(jù)�(qū)�(dòng)器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命�(Command)與hall-sensor信號(hào)變化的速度加以比對(duì)(或由軟件�(yùn)�)再來(lái)決定由下一�(AH、BL或AH、CL或BH、CL或…�)�(kāi)�(guān)�(dǎo)�,以及導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)�。速度不夠則開(kāi)�(zhǎng),速度�(guò)頭則減短,此部份工作就由PWM�(lái)完成。PWM是決定電�(jī)�(zhuǎn)速快或慢的方�,如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達(dá)到較速度控制的核�。高�(zhuǎn)速的速度控制必須考慮到系�(tǒng)的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的�(shí)�,另外對(duì)于hall-sensor信號(hào)變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確�、實(shí)�(shí)�。至于低�(zhuǎn)速的速度控制尤其是低速起�(dòng)則因?yàn)榛貍鞯膆all-sensor信號(hào)變化變得更慢,怎樣擷取信號(hào)方式、處理時(shí)�(jī)以及根據(jù)電機(jī)特性適�(dāng)配置控制參數(shù)值就顯得非常重要。或者速度回傳改變以encoder變化為參�,使信號(hào)分辨率增加以期得到更佳的控制。電�(jī)能夠�(yùn)�(zhuǎn)順暢而且響應(yīng)良好,P.I.D.控制的恰�(dāng)與否也無(wú)法忽視。之前提到直流無(wú)刷電�(jī)是閉回路控制,因此回授信�(hào)就等于是告訴控制部現(xiàn)在電�(jī)�(zhuǎn)速距離目�(biāo)速度還差多少,這就是誤�(Error)。知道了誤差自然就要�(bǔ)�,方式有傳統(tǒng)的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀�(tài)及環(huán)境其�(shí)是復(fù)雜多變的,若要控制的�(jiān)固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳�(tǒng)的工程控制能完全掌握,所以模糊控�、專(zhuān)家系�(tǒng)及神�(jīng)�(wǎng)�(luò)也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論�


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