Parlons d'abord du principe de base du moteur. Les bases peuvent être sautées directement.
Tout le monde a joué avec des aimants quand il était jeune. Des pôles différents s'attirent, et les deux aimants se sont heurtés dès qu'ils se sont approchés.
Supposons maintenant que vos mains soient assez rapides pour attirer devant vous avec un aimant, et que l'autre aimant vous suive tout le temps.
Vous tenez l'aimant dans votre main et dessinez des cercles, et l'autre aimant vous suit en cercles.
Ce qui précède est le principe de base de la rotation du moteur. C'est juste que "l'aimant" utilisé pour séduire n'est pas un vrai aimant, mais un champ magnétique généré par la bobine excitée.
1. Introduction du moteur à courant continu sans balais
Moteur à courant continu sans balais, l'abréviation anglaise est BLDC (Brushless Direct Current Motor). Le stator (la partie mobile) du moteur est la bobine ou l'enroulement. Le rotor (la partie qui tourne) est un aimant permanent, qui est un aimant. Selon la position du rotor, le micro-ordinateur monopuce est utilisé pour contrôler l'excitation de chaque bobine, de sorte que le champ magnétique généré par la bobine change, de manière à séduire en permanence le rotor à l'avant pour faire tourner le rotor. C'est le principe de rotation du moteur à courant continu sans balais. Plongeons dedans.
2. Le principe de fonctionnement de base du moteur à courant continu sans balais
2.1. Structure du moteur à courant continu sans balais
Commençons d'abord par les bobines les plus basiques.
Comme indiqué ci-dessous. Une bobine peut être comprise comme quelque chose qui pousse comme un ressort. Selon la règle de la spirale de droite apprise au collège, lorsque le courant circule du haut vers le bas de la bobine, la polarité supérieure de la bobine est N et la polarité inférieure est S.
Faites maintenant une autre bobine comme celle-ci. Ensuite, jouez avec la position. De cette façon, si le courant le traverse, il agira comme s'il y avait deux électroaimants.
Obtenez-en un autre pour former l'enroulement triphasé du moteur.
Couplé au rotor à aimants permanents, c'est un moteur à courant continu sans balais.
2.2. Circuit de commutation de courant du moteur à courant continu sans balais
La raison pour laquelle le moteur à courant continu sans balais n'utilise que du courant continu et pas de balais est qu'il existe un circuit externe pour contrôler spécifiquement l'excitation de ses bobines. Le composant principal de ce circuit de commutation de courant est le FET (Field-Effect Transitor). Un FET peut être considéré comme un interrupteur. Le schéma ci-dessous indique les FET comme AT (phase A en haut), AB (phase A en bas), BT, BB, CT, CB. "L'ouverture et la fermeture" du FET sont contrôlées par le microcontrôleur.
2.3. Processus de commutation de courant du moteur à courant continu sans balais
La synchronisation de "l'ouverture et de la fermeture" du FET est contrôlée par le microcontrôleur. La méthode de commutation de courant la plus couramment utilisée est la commutation en six étapes, qui se traduit par "commutation en six étapes". Créez maintenant un système de coordonnées. Le processus de commutation en six étapes est le suivant.
2.4. Comment tourne le rotor du moteur à courant continu sans balais ?
Il s'appuie sur une commutation en six étapes pour générer un champ magnétique rotatif qui séduit en permanence devant le rotor. Tout comme la main au début de l'article tenant l'aimant et dessinant des cercles. Si vous regardez la direction du champ magnétique résultant et où se trouve le rotor, c'est clair en un coup d'œil.
Vous voyez, le pôle S du champ magnétique résultant attendait devant le pôle N du rotor.
Tant que le moment de l'excitation de la bobine est saisi, la direction du champ magnétique synthétique est toujours en avance sur la position du rotor, et le rotor suivra toujours.
3. Comment déterminer le moment de la commutation ?
Comme mentionné ci-dessus, la clé pour contrôler la rotation du rotor est de commuter le courant traversant la bobine lorsque le rotor tourne à un angle approprié, de sorte que la direction du champ magnétique généré change, attirant le rotor et faisant tourner le rotor. .
Comment appréhender le moment de cette commutation de courant ? Autrement dit, comment puis-je savoir où le rotor tourne maintenant ? Ce n'est que lorsque je sais où se trouve le rotor que je peux savoir à quelle électricité biphasée me connecter.
En fait, il existe de nombreuses façons de juger de la position du rotor, soit avec un capteur, soit sans capteur. Parlons d'abord du capteur, et le capteur utilise généralement un capteur Hall.
3.1. Confirmer la position du rotor avec le capteur
3.1.1. Capteurs à effet Hall
Les capteurs à effet Hall peuvent détecter les changements d'intensité du champ magnétique grâce à l'effet Hall. Selon la règle de la main gauche apprise en physique au lycée (utilisée pour déterminer la direction de la force d'un conducteur chargé dans un champ magnétique), dans la boucle où se trouve le capteur Hall, le champ magnétique dévie le mouvement des particules chargées, et les particules chargées "frappent" le Hall Il y a une différence de potentiel entre les deux côtés du capteur. À ce moment, un voltmètre peut être connecté aux deux côtés du capteur Hall pour détecter ce changement de tension, détectant ainsi le changement de l'intensité du champ magnétique. Le principe est illustré dans la figure ci-dessous.
3.1.2. Comment les capteurs à effet Hall obtiennent-ils la position du rotor ?
Avec le capteur Hall, la position du rotor peut être connue approximativement. Les capteurs à effet Hall sont généralement installés tous les 120 degrés ou tous les 60 degrés. Ce qui suit suppose que l'installation est tous les 120 degrés.
On suppose que lorsque le pôle N du rotor traverse la zone de détection du capteur Hall, la tension de sortie du capteur Hall est élevée (généralement 5V). Sinon c'est faible.
Selon les niveaux de HA, HB et HC, l'angle de la position du rotor peut être connu. Par exemple, si HA est haut, HB est bas et HC est bas, nous pouvons savoir que le rotor est dans un angle électrique entre 180 degrés et 240 degrés (la relation entre l'angle électrique et l'angle mécanique réel sera discuté plus tard ). Lors de l'utilisation de 3 capteurs Hall, la résolution est de 60 degrés d'angle électrique. C'est-à-dire que je peux seulement savoir que la position actuelle du rotor se situe dans la plage d'angle électrique de 60 degrés, mais nous ne savons pas exactement combien de degrés.
3.1.3. Relation entre les angles électriques et mécaniques
Bien qu'il soit un peu étrange d'insérer ici une si petite connaissance, je pense toujours que c'est nécessaire car je sentais que ce n'était pas facile à comprendre lorsque j'apprenais. Cela peut être plus facile à comprendre avec l'exemple du capteur Hall ici.
L'angle mécanique est l'angle de rotation réel du rotor du moteur.
La relation entre l'angle électrique et l'angle mécanique est liée au nombre de paires de pôles du rotor.
Parce que le champ magnétique généré par la bobine attire en fait les pôles magnétiques du rotor. Donc pour le contrôle de la rotation du moteur, on ne s'intéresse qu'à l'angle électrique.
Angle électrique=nombre de paires de pôles x angle mécanique
3.2. Méthode d'estimation de la position du rotor sans capteur
Cette fosse est un peu grande et cette réponse sera ignorée en premier.
4. Vitesse de rotation et sens de rotation du moteur CC sans balais
4.4. Comment contrôler le sens de rotation du moteur à courant continu sans balais ?
L'ordre de commutation du courant peut être modifié. Laissez le champ magnétique synthétisé par la bobine tourner dans le sens opposé.
4.5. Comment contrôler la vitesse du moteur à courant continu sans balais?
Plus la tension aux bornes de la bobine est élevée, plus le courant traversant la bobine est important, plus le champ magnétique généré est fort et plus le rotor tourne rapidement.
Étant donné que l'alimentation connectée est en courant continu, nous utilisons généralement PWM (modulation de largeur d'impulsion) pour contrôler la tension aux bornes de la bobine. Le principe simple de PWM est le suivant.
Par conséquent, lorsque le moteur à courant continu sans balais est alimenté, le PWM généré par le micro-ordinateur monopuce est utilisé pour contrôler en continu l'ouverture et la fermeture du FET, de sorte que la bobine puisse être alimentée et désactivée de manière répétée. Si le temps d'activation est long (le devoir est grand), la tension équivalente aux deux extrémités de la bobine sera grande, la force du champ magnétique généré sera plus forte et le rotor tournera rapidement ; si le temps d'excitation est court (le devoir est petit), la tension équivalente aux deux extrémités de la bobine sera petite et l'intensité du champ magnétique généré sera petite. Plus il est faible, plus le rotor tourne lentement.
La forme d'onde PWM est connectée à la porte du FET pour contrôler l'ouverture et la fermeture du FET. Supposons que lorsque la tension sur la porte est élevée, le FET est fermé et allumé ; lorsque la tension sur la porte est faible, le FET est éteint et non alimenté.
De plus, les FET supérieur et inférieur sur la même phase doivent être contrôlés par des formes d'onde PWM à phase opposée pour empêcher que les FET supérieur et inférieur ne soient allumés en même temps, ce qui fait que le courant ne passe pas à travers le moteur mais est le même de haut en bas, ce qui entraîne un court-circuit. La forme d'onde PWM qui contrôle le FET est la suivante.
