直流無刷電機如何實現換相功能

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直流無刷電機如何實現換相功能

一、什么是直流無刷電機？
直流無刷電機是由定子、轉子、位置傳感器及換相電路組成的。定子采用疊片結構并在槽內鋪設繞組的方式。電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。
由于無刷電機自身沒有換相功能，所以相對應的控制方式就比較復雜。無刷電機有三組線圈，有別于有刷電機的兩組線圈。為了獲得有效的力矩，無刷電機的三組線圈必須根據轉子的實際位置進行相互獨立的控制。這種驅動方式就充分說明了對無刷電機控制的復雜性。
二、直流無刷電機是怎樣實現換相的呢？
當：1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5.B+C- 6.A+C-
則必須實現換相才能實現磁場的旋轉，如果根據轉子磁場的位置換相，并在換相時滿足定子磁勢和轉子磁勢相互垂直的條件，就能取得最大轉矩。要想根據轉子磁極的位置換相，換相時就必須知道轉子的位置，但并不需要連續的位置信息，只要知道換相點的位置即可。
在直流無刷電機中，一般采用3個開關型霍爾傳感器測量轉子的位置。常被選用的是雙極鎖存霍爾和單極霍爾。由其輸出的3位二進制編碼去控制逆變器中6個功率管的導通實現換相。（從霍爾傳感器輸出的二進制編碼控制6個功率管的導通，可由邏輯電路實現，也可由軟件編程實現。）

開關霍爾傳感器原理圖1-1

霍爾元件+信號處理電路=霍爾傳感器（圖1-1）
利用霍爾效應，當施加的磁場達到“動作點”時，OC門輸出低電壓，稱這種狀態為“開”；當施加磁場達到“釋放點”使OC門輸出高電壓，稱其為“關”?；谶@個原理，可制成接近開關。
如果將一只霍爾傳感器安裝在靠近轉子的位置，當N極逐漸靠近霍爾傳感器即磁感應強度達到一定值時，其輸出是導通狀態；當N極逐漸離開霍爾傳感器，磁感應強度逐漸減小時，其輸出仍然保持導通狀態；只有磁場轉變為S極并達到一定值時，其輸出才翻轉為截至狀態。
在S-N交替變化磁場下，傳感器輸出波形占高、低電平各占50%。如果轉子是一對極，則電機旋轉一周霍爾傳感器輸出一個周期的電壓波形，如果轉子是兩對極，則輸出兩個周期的電壓波形。
直流無刷電機中一般安裝3個霍爾傳感器，間隔120度或60度按圓周分布。如果間隔120度，則3個霍爾傳感器的輸出波形相差120度電角度；輸出信號為高、低電平各占180度電角度。如果規定輸出信號高電平為“1”，低電平為“0”，則輸出的三個信號可用3位二進制編碼表示。如果間隔60度，則輸出波形相差60度電角度。
注：間隔120度與60度的二進制編碼是不同的。
舉個例子：假定定子繞組為3相，轉子為2對極，3個霍爾傳感器間隔60度按圓周分布，有6只晶體管組成的橋式電路給電機供電，分析其換相過程。如圖1-2，圖1-3所示。 1.A+C- 2.A+B- 3.C+B- 4.C+A- 5.B+A- 6.B+C-

圖1-2

圖1-3
當：1.A+B- 2.A+C- 3.B+C- 4.B+A- 5.C+A- 6.C+B-
每組繞相中電流是正負交替的。由逆變器提供與電動勢嚴格同相的方波電流。
直流有刷電機繞組中的電流實際上也是正負交替的，只是從電刷外部看電流是單方向的。直流有刷電機通過換向機構換向，直流無刷電機通過霍爾開關及逆變器換相。如圖1-4 圖1-5