BLDC Nasıl Kontrol Edilir

Fırçasız Motorların Yapısı
Öncelikle bazı kavramları tanıtalım. Fırçasız bir motordaki yuva sayısı N ve kutup sayısı P. Yuva sayısı N, statordaki elektromıknatıs kutuplarının sayısını, kutup sayısı P ise rotordaki manyetik kutupların sayısını ifade eder. En basit 3N2P yapı motoru, statorda üç bobin kutbu ve rotorda iki manyetik kutbu bulunan fırçasız bir motordur. 3N2P fırçasız bir motorun stator yapısının şematik diyagramı aşağıdaki gibidir:

Statorun üç bobin seti vardır: A, B ve C. Üç bobinin bir ucu ortak bir noktaya bağlanır ve diğer ucu a, b ve c olmak üzere üç teli dışarı çıkarır. Rotor olarak merkeze bir mıknatıs yerleştirin ve aşağıda gösterildiği gibi en basit fırçasız motor yapısı oluşur:
Elbette, bu sadece en basit 3 yuvalı 2 kutuplu motordur. Yaygın olarak kullanılan motorlar, dönüşü daha pürüzsüz ve torku daha büyük hale getirmek için yuva ve kutup sayısını artırır. Bobinlerin bağlantı modu yıldız veya delta bağlantısı olabilir. Aynı zamanda, mekanik yapıya göre, rotorun motorun içinde veya dışında olmasına göre, dış rotorlu motorlar ve iç rotorlu motorlar olarak ayrılabilir.

Fırçasız Motorların Sürüş Prensibi
Fırçasız motorun yapısını anladıktan sonra, nasıl döner? Hala en basit 3N2P fırçasız motoru örnek olarak alalım. Başlangıçta pozitif güç kaynağını a terminaline, negatif güç kaynağını b terminaline bağladığımızı ve c terminalini askıda bıraktığımızı varsayalım. Sonra bobin A tarafından üretilen manyetik alan sol üst tarafa, bobin B tarafından üretilen manyetik alan yukarı doğru ve manyetik alanların vektör toplamı sol üst tarafa doğru yönlendirilir. A ve B bobinlerinin manyetik alanlarının etkisi altında, rotor mıknatısı şekilde gösterilen yöne dönecektir:
Bir sonraki anda, pozitif güç kaynağını c terminaline, negatif güç kaynağını b terminaline bağlarız ve a terminalini askıda bırakırız. Sonra manyetik alanların vektör toplamı sağ üste yönlendirilir ve rotor mıknatısı aşağıdaki şekildeki 1. konumdan 2. konuma döner:
Benzer şekilde, güç kaynağı için c+a-, a-b+, b+c-, c-a+, a+b-, b-c+'nin sonraki dizisinde, rotor mıknatısı dairesel olarak dönebilir. Her 6 akım değişiminden sonra, rotor bir daire döndürür. Üç bobin 120° ayrı olduğundan, iki bobin aynı anda iletken olduğunda torkun tek bir bobinin torkunun √3 katı olduğu sonucuna varmak zor değildir.
Yukarıdaki sürüş yönteminde, her seferinde iki bobin iletilir, bu nedenle buna "iki-iki iletim" sürüş modu denir. Nispeten, üç bobinin aynı anda iletildiği, "üç-üç iletim" sürüş modu adı verilen bir mod da vardır. Örneğin, uygulanan voltaj a+bc- durumunda olduğunda, üç bobin de manyetik alanlar üreteceğinden, stator mıknatısı aşağıdaki şekildeki konuma dönecektir (N kutbu bobin A'nın tam karşısındadır):
Ayrıca, bobin A'daki akım, bobin B ve C'deki akımların toplamına eşit olduğundan, toplam tork bobin A'nın torkunun 1,5 katıdır. "Üç-üç iletim" sürüş modunun da bir dönüşü tamamlamak için 6 adım gerektirdiğini analiz etmek zor değildir. Bobin voltajını a+bc-, a+b-c+, a-b+c+, a-b+c-, a+b+c- sırasıyla kontrol edersek, stator da dönebilir.

Fırçasız Motorların Sürüş Devresi
Yukarıda, üç fazlı fırçasız bir motorun nasıl döndürüleceğini analiz ettik. Esasen, üç bobinin çıkış noktalarına sırasıyla pozitif ve negatif voltajlar uygulanmasını gerektirir. Genellikle, aşağıdaki gibi üç fazlı altı kollu tam köprü devresi bunu başarmak için kullanılabilir:
Örneğin, yukarıdaki şekilde, Q1 ve Q4 açıksa ve diğerleri açık değilse, akım Q1'den U fazı sargısından ve sonra V fazı sargısından Q4'e akacaktır. Bu şekilde, bir bobin enerjilendirilir. Benzer şekilde, Q5Q4, Q5Q2, Q3Q2, Q3Q6 ve Q1Q6'yı sırayla açarak, "iki-iki iletim"in 6 adımlı çalışma modu tamamlanır. Benzer şekilde, üç fazlı tam köprü de "üç-üç iletim" kontrol moduna ulaşabilir.
Yukarıdaki tam köprü devresi sadece teorik bir giriş niteliğindedir. Pratik uygulamalarda, kontrol sırasında aynı köprü kolunun üst ve alt MOS transistörleri aynı anda açılmamalıdır, aksi takdirde cihazlar yanacaktır. Önce üst köprü kolunun MOS transistörünü kapatıp sonra alt köprü kolunun MOS transistörünü açabiliriz (veya tam tersi), bu da üst ve alt MOS transistörlerinin aynı anda iletim süresini önler. Bu zaman farkına genellikle ölü zaman denir. MCU'lar tarafından çıkış verilen birçok PWM dalgası, tasarımımız için uygun olan ölü zamanın boyutunu kontrol edebilir.