Trước tiên hãy nói về nguyên lý cơ bản của động cơ. Những điều cơ bản có thể được bỏ qua trực tiếp.
Mọi người đều đã chơi với nam châm khi họ còn nhỏ. Các cực khác nhau hút nhau, và hai nam châm va chạm ngay khi chúng đến gần.
Bây giờ, giả sử tay của bạn đủ nhanh để thu hút trước mặt bạn bằng một nam châm và nam châm kia luôn theo sát bạn.
Bạn cầm nam châm trong tay và vẽ các vòng tròn, nam châm còn lại đi theo bạn theo các vòng tròn.
Trên đây là nguyên lý quay động cơ cơ bản. Chỉ là "nam châm" dùng để dụ dỗ không phải là nam châm thật, mà là từ trường do cuộn dây cung cấp năng lượng sinh ra.
1. Giới thiệu động cơ DC không chổi than
Động cơ điện một chiều không chổi than, tên viết tắt tiếng Anh là BLDC (Brushless Direct Current Motor). Stato (phần chuyển động) của động cơ là cuộn dây, hoặc cuộn dây. Rôto (phần quay) là một nam châm vĩnh cửu, là một nam châm. Theo vị trí của rôto, máy tính vi mạch đơn được sử dụng để điều khiển cấp điện cho mỗi cuộn dây, để từ trường tạo ra bởi cuộn dây thay đổi, do đó liên tục tạo ra cánh quạt ở phía trước để làm cho rôto quay. Đây là nguyên lý quay của động cơ điện một chiều không chổi than. Hãy đi sâu vào.
2. Nguyên lý làm việc cơ bản của động cơ điện một chiều không chổi than
2.1. Cấu tạo của động cơ DC không chổi than
Hãy bắt đầu với những cuộn dây cơ bản nhất trước.
Như hình bên dưới. Cuộn dây có thể được hiểu là một cái gì đó phát triển giống như một lò xo. Theo quy tắc vòng xoắn bên phải đã học ở THCS, khi dòng điện chạy từ trên xuống dưới của cuộn dây thì cực trên của cuộn là N, cực dưới là S.
Bây giờ làm cho một cuộn dây khác như thế này. Sau đó loay hoay với vị trí. Bằng cách này, nếu dòng điện chạy qua nó, nó sẽ hoạt động như thể có hai nam châm điện.
Lấy một cái khác để tạo thành cuộn dây ba pha của động cơ.
Cùng với rôto làm bằng nam châm vĩnh cửu, nó là một động cơ DC không chổi than.
2.2. Mạch chuyển mạch hiện tại của động cơ DC không chổi than
Lý do tại sao động cơ DC không chổi than chỉ sử dụng dòng điện một chiều và không có chổi than là bởi vì có một mạch bên ngoài để kiểm soát đặc biệt việc cung cấp năng lượng cho các cuộn dây của nó. Thành phần chính của mạch chuyển đổi dòng điện này là FET (Bộ chuyển đổi hiệu ứng trường). FET có thể được coi là một công tắc. Sơ đồ dưới đây ghi nhãn các FET là AT (Đỉnh pha A), AB (Đáy pha A), BT, BB, CT, CB. Việc "mở và đóng" của FET được điều khiển bởi bộ vi điều khiển.
2.3. Quá trình chuyển mạch hiện tại của động cơ DC không chổi than
Thời gian "mở và đóng" của FET được điều khiển bởi vi điều khiển. Phương pháp giao hoán được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là Six-step Commutation, tạm dịch là "giao hoán sáu bước". Bây giờ tạo một hệ tọa độ. Quy trình giao hoán gồm sáu bước như sau.
2.4. Rôto của động cơ điện một chiều không chổi than quay như thế nào?
Nó dựa vào sự hoán đổi sáu bước để tạo ra một từ trường quay liên tục hấp dẫn phía trước rôto. Giống như bàn tay ở đầu bài cầm nam châm và vẽ hình tròn. Nếu bạn nhìn vào hướng từ trường kết quả và vị trí của rôto, bạn sẽ thấy rõ ràng trong nháy mắt.
Bạn thấy đấy, cực S của từ trường kết quả đã chờ sẵn ở phía trước cực N của rôto.
Chỉ cần nắm được thời điểm đóng điện cho cuộn dây thì chiều của từ trường tổng hợp luôn đi trước vị trí của rôto, và chiều quay của rôto luôn hướng theo.
3. Cách xác định thời điểm giao hoán?
Như đã nói ở trên, chìa khóa để điều khiển chuyển động quay của rôto là làm đổi chiều dòng điện chạy qua cuộn dây khi rôto quay một góc thích hợp, để hướng của từ trường tạo ra thay đổi, hút rôto và làm cho rôto quay. .
Nên nắm bắt thời điểm giao hoán hiện tại này như thế nào? Đó là, làm cách nào để biết cánh quạt đang quay ở đâu bây giờ? Chỉ khi biết rôto ở đâu thì tôi mới biết được mắc vào điện hai pha nào.
Trên thực tế, có nhiều cách để đánh giá vị trí của rôto, có thể là có cảm biến hoặc không có cảm biến. Trước tiên hãy nói về cảm biến và cảm biến thường sử dụng cảm biến Hall.
3.1. Xác nhận vị trí rôto bằng cảm biến
3.1.1. Cảm biến Hall
Cảm biến Hall có thể phát hiện những thay đổi về cường độ từ trường thông qua Hiệu ứng Hall. Theo quy tắc bàn tay trái đã học trong vật lý phổ thông (dùng để xác định hướng lực của vật dẫn tích điện trong từ trường), trong vòng dây nơi đặt cảm biến Hall, từ trường làm lệch hướng chuyển động của các hạt mang điện, và các hạt tích điện "đập" vào Hall Có một sự khác biệt tiềm năng giữa hai mặt của cảm biến. Tại thời điểm này, một vôn kế có thể được kết nối với cả hai mặt của cảm biến Hall để phát hiện sự thay đổi điện áp này, từ đó phát hiện sự thay đổi của cường độ từ trường. Nguyên tắc được thể hiện trong hình bên dưới.
3.1.2. Làm thế nào để cảm biến Hall nhận được vị trí rôto?
Với cảm biến Hall, vị trí của rôto có thể được biết gần đúng. Cảm biến Hall thường được cài đặt ở mỗi góc 120 độ hoặc mỗi 60 độ. Điều sau giả định rằng cài đặt là mỗi 120 độ.
Giả thiết rằng khi cực N của rôto đi qua vùng cảm nhận của cảm biến Hall, điện áp đầu ra của cảm biến Hall cao (thường là 5V). Nếu không thì nó thấp.
Theo các mức HA, HB và HC, góc của vị trí của rôto có thể được biết. Ví dụ, nếu HA cao, HB thấp và HC thấp, chúng ta có thể biết rằng rôto đang ở trong một góc điện từ 180 độ đến 240 độ (mối quan hệ giữa góc điện và góc cơ học thực tế sẽ được thảo luận sau ). Khi sử dụng 3 cảm biến Hall, độ phân giải là góc điện 60 độ. Có nghĩa là, tôi chỉ có thể biết rằng vị trí hiện tại của rôto nằm trong phạm vi góc 60 độ điện, nhưng chúng tôi không biết chính xác là bao nhiêu độ.
3.1.3. Mối quan hệ giữa góc điện và góc cơ học
Tuy hơi lạ khi nhét một lượng kiến thức nhỏ như vậy vào đây nhưng mình vẫn thấy cần thiết vì mình cảm thấy không dễ hiểu khi học. Có thể dễ hiểu hơn với ví dụ về cảm biến Hall ở đây.
Góc cơ học là góc mà rôto động cơ quay thực tế.
Mối quan hệ giữa góc điện và góc cơ liên quan đến số cặp cực của rôto.
Vì từ trường do cuộn dây tạo ra thực sự hút các cực từ của rôto. Vì vậy, đối với điều khiển quay của động cơ, chúng ta chỉ quan tâm đến góc điện.
Góc điện=số cặp cực x góc cơ học
3.2. Phương pháp ước tính vị trí rôto mà không cần cảm biến
Cái hố này hơi lớn, và câu trả lời này sẽ được bỏ qua trước.
4. Tốc độ quay và hướng quay của động cơ DC không chổi than
4.4. Làm thế nào để điều khiển hướng quay của động cơ DC không chổi than?
Thứ tự giao hoán hiện tại có thể được thay đổi. Cho từ trường tổng hợp của cuộn dây quay ngược chiều.
4.5. Làm thế nào để kiểm soát tốc độ của động cơ DC không chổi than?
Hiệu điện thế qua cuộn dây càng lớn thì cường độ dòng điện qua cuộn dây càng lớn, từ trường sinh ra càng mạnh và rôto quay càng nhanh.
Bởi vì nguồn được kết nối là DC, chúng tôi thường sử dụng PWM (Điều chế độ rộng xung) để điều khiển điện áp trên cuộn dây. Nguyên tắc đơn giản của PWM như sau.
Do đó, khi động cơ DC không chổi than được cấp điện, PWM được tạo ra bởi máy tính vi mạch đơn được sử dụng để điều khiển liên tục việc đóng và mở của FET, để cuộn dây có thể được cấp điện và khử năng lượng nhiều lần. Nếu thời gian đóng điện dài (Duty lớn) thì hiệu điện thế tương đương ở hai đầu cuộn dây sẽ lớn, cường độ từ trường sinh ra càng mạnh, rôto quay nhanh; nếu thời gian đóng điện ngắn (Nhiệm vụ nhỏ), điện áp tương đương ở hai đầu cuộn dây sẽ nhỏ và cường độ từ trường tạo ra sẽ nhỏ. Càng yếu, rôto quay càng chậm.
Dạng sóng PWM được kết nối với Cổng của FET để điều khiển việc mở và đóng FET. Giả sử rằng khi điện áp trên Cổng cao, FET được đóng và bật; khi điện áp trên Cổng thấp, FET bị tắt và không được cấp điện.
Ngoài ra, các FET trên và dưới trên cùng một pha phải được điều khiển bằng các dạng sóng PWM ngược pha để ngăn các FET trên và dưới được bật cùng lúc, làm cho dòng điện không đi qua động cơ mà là lên và xuống giống nhau, dẫn đến đoản mạch. Dạng sóng PWM điều khiển FET như sau.
