Jak kontrolować BLDC

Struktura silników bezszczotkowych
Najpierw wprowadźmy kilka pojęć. Liczba gniazd N i liczba biegunów P w silniku bezszczotkowym. Liczba gniazd N odnosi się do liczby biegunów elektromagnesu na stojanie, a liczba biegunów P odnosi się do liczby biegunów magnetycznych na wirniku. Najprostszym silnikiem o strukturze 3N2P jest silnik bezszczotkowy z trzema biegunami cewki na stojanie i dwoma biegunami magnetycznymi na wirniku. Schemat struktury stojana silnika bezszczotkowego 3N2P jest następujący:

Stojan ma trzy zestawy cewek: A, B i C. Jeden koniec trzech cewek jest podłączony do wspólnego punktu, a drugi koniec wyprowadza trzy przewody a, b i c. Umieść magnes jako wirnik w środku, a powstanie najprostsza struktura silnika bezszczotkowego, jak pokazano poniżej:
Oczywiście, to jest tylko najprostszy silnik 3-slotowy 2-biegunowy. Powszechnie stosowane silniki zwiększają liczbę gniazd i biegunów, aby obrót był płynniejszy, a moment obrotowy większy. Tryb połączenia cewek może być połączeniem gwiazdy lub trójkąta. Jednocześnie, zgodnie ze strukturą mechaniczną, niezależnie od tego, czy wirnik znajduje się wewnątrz czy na zewnątrz silnika, można go podzielić na silniki z wirnikiem zewnętrznym i silniki z wirnikiem wewnętrznym.

Zasada działania silników bezszczotkowych
Po zrozumieniu struktury silnika bezszczotkowego, jak się on obraca? Nadal bierzemy najprostszy silnik bezszczotkowy 3N2P jako przykład. Załóżmy, że początkowo podłączymy dodatnie zasilanie do zacisku a, ujemne zasilanie do zacisku b i pozostawimy zacisk c zawieszony. Następnie pole magnetyczne generowane przez cewkę A jest kierowane w lewy górny róg, pole magnetyczne generowane przez cewkę B jest kierowane w górę, a suma wektorowa pól magnetycznych jest kierowana w lewy górny róg. Pod wpływem pól magnetycznych cewek A i B magnes wirnika będzie się obracał w kierunku pokazanym na rysunku:
W następnym momencie podłączamy dodatnie zasilanie do zacisku c, ujemne zasilanie do zacisku b i pozostawiamy zacisk a w stanie zawieszonym. Następnie suma wektorowa pól magnetycznych jest kierowana w prawy górny róg, a magnes wirnika będzie się obracał z pozycji 1 na poniższym rysunku do pozycji 2:
Podobnie, w kolejnej sekwencji c+a-, a-b+, b+c-, c-a+, a+b-, b-c+ dla zasilania, magnes wirnika może obracać się kołowo. Po każdych 6 przełączeniach prądu wirnik obraca się o jeden okrąg. Ponieważ trzy cewki są oddalone od siebie o 120°, nietrudno wywnioskować, że gdy dwie cewki przewodzą jednocześnie, moment obrotowy jest √3 razy większy niż w przypadku pojedynczej cewki.
W powyższej metodzie sterowania dwie cewki są przewodzone za każdym razem, więc nazywa się to trybem sterowania „dwa-dwa przewodnictwo”. Względnie, istnieje również tryb, w którym trzy cewki są przewodzone jednocześnie, nazywany trybem sterowania „trzy-trzy przewodnictwo”. Na przykład, gdy przyłożone napięcie jest w stanie a+bc-, ponieważ wszystkie trzy cewki będą generować pola magnetyczne, magnes stojana obróci się do pozycji na poniższym rysunku (biegun N jest bezpośrednio przeciwny do cewki A):
Ponadto, ponieważ prąd w cewce A jest równy sumie prądów w cewkach B i C, całkowity moment obrotowy jest 1,5 razy większy od momentu obrotowego cewki A. Łatwo jest przeanalizować, że tryb napędowy „trzy-trzy przewodzenie” wymaga również 6 kroków, aby wykonać jeden obrót. Jeśli sterujemy napięciem cewki w kolejności zgodnie z a+bc-, a+b-c+, ab-c+, a-b+c+, a-b+c-, a+b+c-, stojan również może się obracać.

Obwód napędowy silników bezszczotkowych
Powyżej przeanalizowaliśmy, jak sprawić, by trójfazowy silnik bezszczotkowy obracał się. W istocie wymaga to przyłożenia dodatniego i ujemnego napięcia odpowiednio do punktów wyjściowych trzech cewek. Generalnie, trójfazowy sześcioramienny obwód mostkowy w następujący sposób może być użyty do osiągnięcia tego:
Na przykład na powyższym rysunku, jeśli Q1 i Q4 są włączone, a pozostałe nie, prąd popłynie z Q1 przez uzwojenie fazy U, a następnie z uzwojenia fazy V do Q4. W ten sposób jedna cewka jest zasilana. Podobnie, włączając kolejno Q5Q4, Q5Q2, Q3Q2, Q3Q6 i Q1Q6, 6-stopniowy tryb pracy „przewodzenia dwa-dwa” jest ukończony. Podobnie, trójfazowy pełny mostek może również osiągnąć tryb sterowania „przewodzenia trzy-trzy”.
Powyższy układ mostkowy jest jedynie teoretycznym wprowadzeniem. W praktycznych zastosowaniach, podczas sterowania, górny i dolny tranzystor MOS tego samego ramienia mostka nie powinny być włączane jednocześnie, w przeciwnym razie urządzenia zostaną spalone. Możemy najpierw wyłączyć tranzystor MOS górnego ramienia mostka, a następnie włączyć tranzystor MOS dolnego ramienia mostka (lub odwrotnie), co pozwala uniknąć jednoczesnego czasu przewodzenia górnego i dolnego tranzystora MOS. Ta różnica czasu jest ogólnie nazywana czasem martwym. Wiele fal PWM wyjściowych przez mikrokontrolery może kontrolować rozmiar czasu martwego, co jest wygodne dla naszego projektu.