您已经了解功率的作用:无刷直流电机控制的 6 个要素

分享到:

消费者对功率、可靠性、功能性和性能的需求不断上升,推动着电子设备(包括剪草机、冰箱、真空吸尘器、汽车等)的快速发展。制造商希望实现全方位交付。电机控制在兑现这些承诺方面发挥着主要作用,而了解基本原理是实现这一目标的第一步。

本博文包含节选自 《电机控制基础lDummies》电子书的摘录,同时介绍了无刷直流 (BLDC) 电机管理的电机控制关键要素,以及如何在降低成本、节省空间和提高性能的同时,提高电机效率。您可以在 Qorvo 设计中心的电子读物部分下载整本书。

以下是本电子书中的一些亮点:

1.不同的电机类型

当今可用的几种电机控制拓扑结构:有刷、无刷直流 (BLDC)、步进和电感。BLDC 和永磁同步电机 (PMSM) 是两种最密切相关的无刷电机类型。

电机控制基础Dummies

1.1

下载电子书

无刷电机无需使用电机电刷,因而广泛用于当今的许多应用中。这些 BLDC 拓扑结构使用换向逻辑来移动转子,从而提高电机的效率和可靠性。

1.2

有刷电机中的换向由电刷/换向器接口实现。该接口会产生摩擦和电弧,随着时间的推移会降低电刷的性能。这种摩擦会产生热量并缩短电机的使用寿命。

与有刷电机相比,BLDC 电机有许多优点。它们更节能、更小巧、更轻便、更安静、更可靠、更耐用。此外,它们还提供精确的速度控制,更适合变速应用。

2.了解 BLDC 和 PMSM 类型的电机

BLDC 和 PMSM 电机的工作原理与同步电机相同。转子在每次换向时都会继续跟随定子转动,所以电机能够持续运转。然而,这两种直流电机的定子绕组采用不同的几何形状,因此可产生不同的反电动势 (BEMF) 响应。BLDC BEFM 为梯形。PMSM 电机的 BEMF 则为正弦曲线形,因此线圈绕组以正弦方式缠绕。为最大限度地提高性能,这些电极通常采用正弦波换向。

1.3

BLDC 和 PMSM 电机在运行时通过其绕组产生电动势。在任何电机中,由于运动,产生的 EMF 称为反电动势 (BEMF),这是因为电机中感应的电动势与发电机的电动势相反。

3.磁场定向控制说明

为实现控制 PMSM 电机的正弦波形,需要使用磁场定向控制 (FOC) 算法。FOC 通常用于最大限度地提高 PMSM 三相电机的效率。与 BLDC 的梯形控制器相比,PMSM 的正弦控制器更为复杂,成本也更高。然而,成本的增加也带来了一些优势,如减少了电流波形中的噪声和谐波。BLDC 的主要优势是更易于控制。最后,最好根据应用需求来选择电机。

4.带传感器和不带传感器的 BLDC 和 PMSM 电机

BLDC 和 PMSM 电机可带传感器,也可不带传感器。带传感器的电机适用于需要在负载条件下起动电机的应用。这些电机使用霍尔传感器,传感器嵌入电极定子中。从本质上说,传感器就是一种开关,其数字输出等同于检测到的磁场极性。电机的每个相都需要使用一个单独的霍尔传感器。因此,三相电机需要三个霍尔传感器。不带传感器的电机需要将电机用作传感器,采用算法来运行。它们依赖于 BEMF 信息。通过对 BEMF 进行采样,可推断出转子的位置,从而无需使用基于硬件的传感器。无论电机的拓扑结构如何,控制这些机器需要了解转子位置,这样电机才能有效换向。

1.4

5.电机控制软件算法

如今,计算机程序之类的软件算法(即为执行具体任务而设计的一组指令)开始用于控制 BLDC 和 PMSM 电机。这些软件算法通过监控电机运行来提高电机效率,降低运行成本。算法中的一些主要功能包括电机初始化、霍尔传感器位置检测以及用于提高或降低电流基准的开关信号检查。

6.控制器如何处理电机传感器信息

三相 BLDC 电机具有 6 种状态。如下图所示,三位代码可用于表示 1 至 6 之间的操作码编号。传感器用于通过 8 个操作码中的 6 个操作码(1 至 6)提供三位数据输出。该信息非常有用,因为控制器可确定何时发出了非法操作码,并根据合法操作码(1 至 6)执行操作。如下图所示,算法获取霍尔传感器操作码,并对其进行解码。当霍尔传感器操作码值发生变化时,控制器就会改变送电方案,以实现换向。微控制器使用操作码从查找表中提取送电信息。在使用新的扇区命令给三相逆变器送电后,磁场转移至新位置,同时推动着转子沿着移动方向运动。电机运转时会不断重复此过程。

1.5

以上内容节选自 Qorvo Motor Control For Dummies。欢迎大家下载我们的免费电子读物,以获取更多有关电源管理的见解。

4

David Schnaufer

Qorvo 技术营销传播经理

David 充当了 Qorvo 应用工程师的公共代言人角色。他提供对射频技术发展趋势的深入技术剖析,还提供各种建议,帮助射频工程师解决复杂设计问题。

 

来源: Qorvo半导体

继续阅读
新能源汽车驱动电机的轴向通量和径向通量电机

在谈及新能源汽车驱动电机创新主题之前,从技术和电磁方案的角度来看,汽车领域电机,有必要做一个宏观类型区分:即轴向通量和径向通量电机。 在汽车领域,我们仍然使用这两种电机类型,由于可实现的扭矩和功率密度性能,人们对轴向磁通电机的兴趣越来越大。今天,轴向磁通电机可以达到之前无法想象的水平,但是在成本方面,这种电机类型具有更高的制造难度,导致制造成本上升,然后由于预算原因而险被淘汰。

变磁阻电机的结构和工作原理及其与步进电机的区别

工业现场中有大量的步进电机应用,比如自动化控制,机器人关节,打印机控制等等。其中应用最广泛的是混合式步进电机,也是我们日常接触到的绝大部分步进电机的形式。在概念上,步进电机和变磁阻电机也存在一定的联系和差别,本文就初步浅谈一下磁阻电机/步进电机的结构和工作原理,并且比较一下不同电机之间的差别。

电源噪声对RFIC 性能造成的影响

伴随射频集成电路(RFIC)中集成元件地持续增多,噪声耦合源也日益增加,因此电源管理显得尤为重要。下文将描述电源噪声可能对RFIC 性能造成的影响。虽然本文示例是集成锁相环(PLL)和电压控制振荡器(VCO)的ADRF6820 正交解调器,但所得结果也同样适用于其他高性能RFIC。

高配置性电机控制方案分享丨11月17·深圳

2022 年 11 月 17 日,Qorvo 电机应用部门经理 Calvin Li 也将出席由电子发烧友举办的“电机控制先进技术研讨会”,分享 Qorvo 的高配置性电机控制方案。欢迎大家届时亲临现场指导。

打造新型功率器件

正如大家所熟知,Qorvo 是一家射频 (RF) 解决方案公司,主要面向手机、蜂窝基础设施和国防市场提供解决方案。但在先后收购了 Active-Semi 和 UnitedSiC 之后,Qorvo 扩展了公司在高功率应用方面的市场机会,这主要得益于这两家企业本身在相应领域的深厚积累。