Управление бесколлекторным двигателем по сигналам обратной ЭДС понимание процесса

Иной раз я начал проэктировать агрегат управления бесколлекторным движком (мотор-колесом), водилось самое большее вопросцев о том, как сравнить настоящий движок с абстрактной схемой из 3-х обмоток и магнитов, на тот или другой, обычно, все разъясняют принцип управления бесколлекторными движками.

Иной раз я воплотил управление по датчикам Холла я еще не чрезвычайно разумел, что происходит в движке далее абстрактных 3-х обмоток и 2-ух полюсов: зачем 120 градусов и зачем метод управления конкретно этакий.

Все встало на участок, иной раз я начал разбираться в идее бездатчикового управления бесколлекторным движком осознание процесса, происходящего в настоящей железке, сориентировало создать аппаратную количество и осознать метод управления.

Басистее я постараюсь расписать личный путь к осознанию принципа управления бесколлекторным движком неизменного тока.

Иной раз я начал проэктировать установка управления бесколлекторным движком (мотор-колесом), имелось максимум вопросцев о том, как сравнить настоящий движок с абстрактной схемой из 3-х обмоток и магнитов, на тот или другой, обычно, все разъясняют принцип управления бесколлекторными движками.

Иной раз я воплотил управление по датчикам Холла я еще не чрезвычайно разумел, что происходит в движке далее абстрактных 3-х обмоток и 2-ух полюсов: зачем 120 градусов и зачем метод управления конкретно таковой.

Все встало на участок, иной раз я начал разбираться в идее бездатчикового управления бесколлекторным движком осознание процесса, происходящего в настоящей железке, посодействовало создать аппаратную количество и осознать метод управления.

Басистее я постараюсь расписать собственный путь к осознанию принципа управления бесколлекторным движком неизменного тока.

Для занятия бесколлекторного мотора надо чтоб неизменное магнитное поле ротора увлекалось за вертящемся электромагнитным полем статора, как и в среднем ДПТ.

Вращение магнитного поля статора исполняется коммутацией обмоток с подмогой электронного установки управления.
Агрегат бесколлекторного мотора идентична с агрегатом синхронного мотора, ежели подключить бесколлекторный движок в трехфазную сеть переменного тока, удовлетворяющую электрическим характеристикам мотора, он будет действовать.

Определенная коммутация обмоток бесколлекторного мотора дозволяет править им от Ageofcomp.infoа неизменного тока. Чтоб осознать, как составить таблицу коммутаций бесколлекторного мотора надо разглядеть управление синхронной машинкой переменного тока.

Синхронная машинка
Синхронная машинка управляется от трехфазной сети переменного тока. Движок обладает 3 электрические обмотки, смещенные меж собой на 120 электрических градусов.

Запустив трехфазный движок в генераторном режиме, неизменным магнитным полем будет наводиться ЭДС на каждую из обмоток мотора, обмотки мотора распределены размеренно, на каждую из фаз будет наводиться синусоидальное напряжение и сведения сигналы будут сдвинуты меж собой на 1/3 периода (набросок 1). Форма ЭДС изменяется по синусоидальному закону, период синусоиды одинаков 2П(360), так как мы располагаем тяжба с электрическими величинами (ЭДС, напряжение, ток) назовем это электрическими градусами и будем измерять период в их.

При подаче на движок трехфазного напряжения в каждый причина медли на каждой обмотке будет некоторое значение массы тока.

Набросок 1. Вид сигнала трехфазного Ageofcomp.infoа переменного тока.

Любая обмотка сформировывает вектор магнитного поля пропорциональный току на обмотке. Сложив 3 вектора можнож приобрести результирующий вектор магнитного поля. Потому что с движением медли ток на обмотках мотора изменяется по синусоидальному закону, изменяется величина вектора магнитного поля каждой обмотки, а результирующий суммарный вектор меняет угол поворота, при всем этом величина принесенного вектора остается неизменной.

Набросок 2. Один-одинехонек электрический период трехфазного мотора.

На рисунке 2 изображен один-одинехонек электрический период трехфазного мотора, на предоставленном периоде обозначено 3 случайных причины, чтоб выстроить в каждом из этих причин вектора магнитного поля отложим этот период, 360 электрических градусов, на окружности. Разместим 3 обмотки мотора сдвинутые на 120 электрических градусов условно друг дружку (набросок 3).

Набросок 3. Причина 1. Вектора магнитного поля каждой обмотки (слева) и результирующий вектор магнитного поля (справа).

Вдоль каждой из фаз построен вектор магнитного поля, творимый обмоткой мотора. Направление вектора обусловливается направлением неизменного тока в обмотке, ежели напряжение, прикладываемое к обмотке позитивно, то вектор ориентирован в противоположную сторонку от обмотки, ежели отрицательное, то вдоль обмотки. Величина вектора пропорциональна величине напряжения на фазе в этот причина.
Чтоб приобрести результирующий вектор магнитного поля надо сложить сведения вектора по закону сложения векторов.
Подобно теория для второго и третьего причин медли.

Набросок 4. Причина 2. Вектора магнитного поля каждой обмотки (слева) и результирующий вектор магнитного поля (справа).

Так, с движение медли, результирующий вектор плавненько меняет свойское направление, на рисунке 5 изображены получившиеся вектора и изображен полный поворот магнитного поля статора за один-одинехонек электрический период.

Набросок 5. Вид вертящегося магнитного поля формируемого обмотками на статоре мотора.

За сиим вектором электро магнитного поля увлекается магнитное поле неизменных магнитов ротора в каждый причина медли (набросок 6).

Набросок 6. Неизменный магнит (ротор) должно направлению магнитного поля формируемого статором.

Так действует синхронная машинка переменного тока.

Располагая Ageofcomp.info неизменного тока надо без помощи других сформировывать один-одинехонек электрический период со сменой направлений тока на 3-х обмотках мотора. Так как бесколлекторный движок по сборки таковой же, как синхронный, в генераторном режиме обладает схожие характеристики, надо отталкиваться от рисунка 5, где изображено сформированное вертящееся магнитное поле.

Неизменное напряжение
Ageofcomp.info неизменного тока обладает только лишь 2 электропровода плюс питания и минус питания это следовательно, что грызть вероятность подавать напряжение только лишь на две из 3-х обмоток. Надо аппроксимировать набросок 5 и выделить все факторы, при тот или иной вероятно скоммутировать 2 фазы из 3-х.

Число перестановок из множества 3 приравнивается 6, следовательно, имется 6 вариантов подключения обмоток.
Изобразим вероятные варианты коммутаций и выделим последовательность, при тот или другой вектор будет шаг за шагом проворачиваться ниже пока не дойдет до точки периода и не начнет вначале.

Электрический период будем отсчитывать от основного вектора.

Набросок 7. Вид 6 векторов магнитного поля тот или иной можнож сделать от Ageofcomp.infoа неизменного тока коммутацией 2-ух из 3-х обмоток.

На рисунке 5 видно, что при управлении трехфазным синусоидальным напряжением имется множество векторов плавненько проворачивающихся с движением медли, а при коммутации неизменным током вероятно приобрести вертящееся поле только лишь из 6 векторов, другими словами переключение на надлежащий шаг надлежать происходить каждые 60 электрических градусов.
Результаты из рисунка 7 сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Приобретенная последовательность коммутаций обмоток мотора.
Плюс питанияМинус питанияОбмотка не подключенаWUVWVUUVWUWVVWUVUW
Вид получившегося правящего сигнала в согласовании с таблицей 1 изображен на рисунке 8. Где -V коммутация на минус Ageofcomp.infoа кормленья (GND), а +V коммутация на плюс Ageofcomp.infoа кормленья.

Набросок 8. Вид правящих сигналов от Ageofcomp.infoа неизменного тока для бесколлекторного мотора. Желтоватый фаза W, голубий U, красноватый V.

Все же настоящая картина с фаз мотора будет схожа на синусоидальный сигнал из рисунка 1. У сигнала появляется трапециевидная форма, потому что в факторы, иной раз обмотка мотора не подключена, неизменные магниты ротора наводят на нее ЭДС (набросок 9).

Набросок 9. Вид сигнала с обмоток бесколлекторного мотора в рабочем режиме.

На осциллографе это смотрится так:

Набросок 10. Вид окна осциллографа при измерении одной фазы мотора.

Конструктивные индивидуальности
Как говорилось ранее за 6 переключений обмоток формируется один-одинехонек электрический период 360 электрических градусов.
Надо связать этот период с настоящим углом вращения ротора. Движки с одной парой полюсов и трехзубым статором приспосабливаются очень изредка, движки располагают N пар полюсов.
На рисунке 11 изображены модели мотора с одной парой полюсов и с 2-мя парами полюсов.

а. б.
Набросок 11. Модель мотора с одной (a) и с 2-мя (б) парами полюсов.

Движок с 2-мя парами полюсов обладает 6 обмоток, любая из обмоток парная, любая группа из 3 обмоток смещена меж собой на 120 электрических градусов. На рисунке 12б. отложен один-одинехонек период для 6 обмоток. Обмотки U1-U2, V1-V2, W1-W2 соединены меж собой и в сборки препровождают 3 электропровода заключения фаз. Для простосердечия рисунка не отображены соединения, но должно уяснить, что U1-U2, V1-V2, W1-W2 одно и то же.

На рисунке 12, отталкиваясь от предоставленных таблицы 1, изображены вектора для одной и 2-ух пар полюсов.

а. б.
Набросок 12. Схема векторов магнитного поля для мотора с одной (a) и с 2-мя (б) парами полюсов.

На рисунке 13 изображены вектора, сделанные 6 коммутациями обмоток мотора с одной парой полюсов. Ротор состоит из неизменных магнитов, за 6 шагов ротор провернется на 360 мех-ских градусов.
На рисунке обозначены окончательные положения ротора, в интервалах меж 2-мя примыкающими положениями ротор проворачивается от предшествующего к последующему скоммутированному состоянию. Иной раз ротор добивается принесенного окончательного положения, надлежать происходить должно переключение и ротор будет устремляться к новенькому данному положению, так чтоб его вектор магнитного поля стал сонаправлен с вектором электромагнитного поля статора.

Набросок 13. Окончательные положения ротора при шестиступной коммутации бесколлекторного мотора с одной парой полюсов.

В движках с N парами полюсов надо пройти N электрических периодов для полного механического оборота.
Движок с 2-мя парами полюсов будет располагать два магнита с полюсами S и N, и 6 обмоток (набросок 14). Любая группа из 3 обмотки сдвинуты товарищ условно товарища на 120 электрических градусов.

Набросок 14. Окончательные положения ротора при шестиступной коммутации бесколлекторного мотора с 2-мя парами полюсов.

Определение положения ротора бесколлекторного мотора
Как говорилось ранее для занятия мотора надо в нужные факторы медли подключать напряжение на нужные обмотки статора. Подавать напряжение на обмотки мотора необходимо в зависимости от положения ротора, так чтоб магнитное поле статора постоянно опережало магнитное поле ротора. Для определения положения ротора мотора и коммутаций обмоток употребляют электронный установка управления.
Отслеживание положения ротора вероятно несколькими методами:
1. По датчикам Холла
2. По обратной ЭДС
Обычно, датчиками Холла изготовители оснащают движок при выпуске, оттого это самый распространенный способ управления.
Коммутирование обмоток в согласовании с сигналами обратной ЭДС дозволяет отрешиться от датчиков интегрированных в движок и применять в качестве датчика анализ беглой фазы мотора, на тот или иной будет наводиться магнитным полем противо-ЭДС.

Управление бесколлекторным движком с датчиками Холла
Чтоб коммутировать обмотки в нужные факторы медли надо выслеживать положение ротора в электрических градусах. Для этого приспосабливаются датчики Холла.
Так как имется 6 состояний вектора магнитного поля надо 3 датчика Холла, тот или иной будут препровождать один-одинехонек безусловный датчик положения с трехбитным выходом. Датчики Холла водворяются также как обмотки, смещенные меж собой на 120 электрических градусов. Это дозволяет применять магниты ротора в качестве воздействующего компонента датчика.

Набросок 15. Сигналы с датчиков Холла за один-одинехонек электрический оборот мотора.

Для вращения мотора надо чтоб магнитное поле статора опережало магнитное поле ротора, положение, иной раз вектор магнитного поля ротора сонаправлен с вектором магнитного поля статора прибывает окончательным для предоставленной коммутации, конкретно в этот причина надлежать происходить переключение на должно комбинацию, чтоб не приносить ротору зависать в стационарном положении.
Cопоставим сигналы с датчиков Холла с композицией фаз тот или иной надо скоммутировать (таблица 2)

Таблица 2. Сравненье сигналов датчиков Холла с коммутацией фаз мотора.
Положение двигателяHU(1)HV(2)HW(3)UVW00010-+101+-0100+0-1100+-010-+0360/N011-0+
При равномерном вращении мотора с датчиков поступает сигнал смещенный на 1/6 периода, 60 электрических градусов (набросок 16).

Набросок 16. Вид сигнала с датчиков Холла.

Управление с подмогой сигнала обратной ЭДС
Есть бесколлекторный движки без датчиков положения. Определение положения ротора исполняется с подмогой анализа сигнала ЭДС на беглой фазе мотора. В каждый причина медли к одной из фаз подключен + к иной (-) кормленья, одна из фаз остается беглой. Вертясь, магнитное поле ротора наводит ЭДС в беглой обмотке. По мере вращения напряжение на беглой фазе меняется (набросок 17).

Набросок 17. Изменение напряжения на фазе мотора.

Сигнал с обмотки мотора разбит на 4 причины:
1. Обмотка подключена к 0
2. Обмотка не подключена (беглая фаза)
3. Обмотка подключена к питающему напряжению
4. Обмотка не подключена (беглая фаза)
Сопоставив сигнал с фаз с правящим сигналом, видно, что причина перехода на должно состояние можнож детектировать пересечением средней точки (половины питающего напряжения) с фазой, тот или другой в этот причина не подключена (набросок 18).

Набросок 18. Сравненье правящего сигнала с сигналом на фазах мотора.

Потом детектирования пересечения надо перенести паузу и включать должно состояние. По принесенному рисунку составлен метод переключений состояний обмоток (таблица 3).

Таблица 3. Метод переключения обмоток мотора
Текущее состояниеUVWДолжно состояние1-Ожидание пересечения средней точки из + в -+22Ожидание пересечения средней точки из в +-+33+-Ожидание пересечения средней точки из + в -44+Ожидание пересечения средней точки из в +-55Ожидание пересечения средней точки из + в -+-66-+Ожидание пересечения средней точки из в +1
Пересечение средней точки самый простой вариант детектировать компаратором, на один-одинехонек вход компаратора подается напряжение средней точки, а на 2-ой текущее напряжение фазы.

Набросок 19. Детектирование средней точки компаратором.

Компаратор срабатывает в причина перехода напряжения сквозь среднюю точку и генерирует сигнал для микроконтроллера.

Обработка сигнала с фаз мотора
Все же сигнал с фаз при регулировании скорости ШИМтр выдается внешностью, и обладает импульсный нрав (набросок 21), в эком сигнале невероятно детектировать пересечение со средней точкой.

Набросок 20. Вид сигнала фазы при регулировании скорости ШИМтр.

Оттого этот сигнал должно отфильтровать RC фильтром чтоб приобрести огибающую, а так же поделить под заявки компаратора. По мере повышения скважности шим сигнал будет вырастать по амплитуде (набросок 22).

Набросок 21. Схема делителя и фильтра сигнала с фазы мотора.

Набросок 22. Огибающая сигнала при изменении скважности ШИМтр.

Схема со средней точкой

Набросок 23. Вид виртуальная средней точки. Картина арестована с avislab.com/

С фаз снимаются сигналы сквозь токограничительные резисторы и объединяются, достается вот таковая картина:

Набросок 24. Вид осциллограммы напряжения виртуальной средней точки.

Из-за ШИМтр, напряжение средней точки не повсевременно, сигнал так же надо фильтровать. Напряжение средней точки потом сглаживания будет довольно крупным (в участке питающего напряжения мотора), его надо поделить делителем напряжения до значения половины питающего напряжения.

Потом прохождения сигнала сквозь фильтр потрясения сглаживается и достается ровненькое напряжение условно тот или другой можнож детектировать пересечение обратной ЭДС.

Набросок 26. Напряжение потом делителя и фильтра густых частот.

Средняя точка будет поменять свойское значение в зависимости от напряжения (скважности ШИМтр), так же как и огибающая сигнала.

Приобретенные сигналы с компараторов заводятся на микроконтроллер, тот или другой их обрабатывает по методу выше.
Пока на этом все.