無刷電機方波驅(qū)動原理分析

通過前幾期芝識課堂的學(xué)習，相信大家已經(jīng)熟練掌握了電機的各種基本情況和工作模式，大家也該躍躍欲試希望能進入實戰(zhàn)動手環(huán)節(jié)了，準備好操作電機的所有前期準備，讓我們一起讓無刷電機真正工作起來吧！

我們知道無傳感器轉(zhuǎn)子檢測的無刷電機結(jié)構(gòu)最為簡單，而方波驅(qū)動可以通過感應(yīng)電壓檢測轉(zhuǎn)子位置，那我們第一次嘗試就先從最簡單的入手，用方波驅(qū)動方式來讓無刷電機轉(zhuǎn)起來吧！

方波驅(qū)動配置

驅(qū)動電機之前我們要先對方波驅(qū)動進行配置。在無傳感器方波驅(qū)動的情況下，整個驅(qū)動過程涉及的單元包括需要用于驅(qū)動微控制器和電機的逆變電路、驅(qū)動逆變電路的預(yù)驅(qū)電路和比較輸出電壓的比較器。圖1是一個典型的方波驅(qū)動基本流程示意圖。圖中最上方為驅(qū)動器指令，該指令是由MCU根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號來生成的，信號輸出后將進行PWM調(diào)制成為新的驅(qū)動指令，再經(jīng)由逆變器單元作用于電機驅(qū)動電壓，從而開啟工作流程。在比較器中，對感應(yīng)電壓變化進行檢測以識別轉(zhuǎn)子位置，再反饋到MCU中輸出下一個驅(qū)動指令，進而完成一個基本的工作流程循環(huán)。

圖1 方波驅(qū)動的細節(jié)示意

注意事項

需要注意的是，在無傳感器方波驅(qū)動的情況下，啟動時不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，無法識別轉(zhuǎn)子位置。因此，需要執(zhí)行以下操作，流程細節(jié)如圖2。

（1）首先，強行使電流流向指定線圈，使轉(zhuǎn)子移動到指定位置

（2）使電流在低電壓和恒定周期的線圈中流動

（3）在逐漸增加電壓的同時旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子

（4）增加轉(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)子位置可以通過感應(yīng)電壓檢測

（5）使電流流向檢測到的轉(zhuǎn)子位置所對應(yīng)的線圈

（6）如果能檢測到穩(wěn)定的位置，則開始穩(wěn)定運行以達到目標速度

在穩(wěn)定運行狀態(tài)，通過反饋目標速度偏差，可以保持速度不受負載波動的影響。

圖2 無傳感器方波驅(qū)動電機開啟流程示意

注：當強行移動到指定位置時，可能會因停止位置而瞬間反轉(zhuǎn)

方波驅(qū)動原理

在方波驅(qū)動電機啟動后，電機的轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)，通過與旋轉(zhuǎn)同步地改變流過線圈的電流方向，可以使轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。其中，在位置檢測信號和PWM驅(qū)動指令之間存在了30度相位差。方波驅(qū)動電機的電流流動有6種模式：U相->V相、U相->W相、V相->W相、V相->U相、W相->U相、W相->V相。這就意味著，每60度切換一次電流方向，如果要使電機反向旋轉(zhuǎn)，需要將流向線圈的6種電流模式的順序顛倒，詳細方波驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的工作流程如圖3所示。

圖3 方波驅(qū)動旋轉(zhuǎn)流程示意

在掌握了最基礎(chǔ)的方波驅(qū)動無刷電機基本技巧之后，需要進一步對更復(fù)雜的正弦波驅(qū)動來操控無刷電機。不用著急！下一期的芝識課堂將跟大家一起實現(xiàn)電機驅(qū)動進階操作——正弦波驅(qū)動無刷電機實戰(zhàn)。

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