直流无刷电机是一种常用的电机类型,主要由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。
电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似,转子上安装有永磁体,驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是将直流电转换为三相交流电,并为电机提供控制信号。
直流无刷电机的运转是通过霍尔传感器检测转子位置,然后根据转子位置信号来控制功率晶体管的导通与截止,从而使定子绕组产生旋转磁场,推动转子旋转,由于没有电刷和换向器,避免了电刷与换向器之间的摩擦和电火花,提高了电机的效率和可靠性。
那么,大家知道如何控制直流无刷电机的转速和转向吗?
1、转速控制
改变 PWM 信号占空比:这是最常用的方法,通过调整脉冲宽度调制(PWM)信号的占空比,来改变电机绕组两端的平均电压。占空比越大,平均电压越高,电机转速越快;反之,转速越慢。
例如,在一些基于单片机的控制系统中,可利用定时器产生不同占空比的 PWM 信号,通过驱动电路来控制直流无刷电机的转速。
调整电压:改变电机的供电电压也能控制转速,一般来说,提高电压会使电机转速上升,降低电压则转速下降,但要注意,供电电压不能超过电机的额定电压,否则可能损坏电机,可以使用直流电源模块或电源管理芯片来实现对供电电压的调节。
改变电机极对数或绕组匝数:在电机设计阶段,可以通过改变电机的极对数或绕组匝数来调整电机的转速,极对数越少、绕组匝数越少,电机转速越高;反之,转速越低,不过,这种方法通常在电机制造时确定,在实际应用中较少用于实时调速。
2、转向控制
改变绕组通电顺序:直流无刷电机的转向取决于定子绕组中电流的通电顺序,通过改变驱动器输出给电机绕组的通电顺序,就可以改变电机的转向。
例如,对于三相直流无刷电机,原本按照 A 相、B 相、C 相的顺序通电使电机正转,那么改为 A 相、C 相、B 相的顺序通电,电机就会反转,在实际控制中,可通过软件编程来改变驱动器中功率管的导通顺序,从而实现电机转向的控制。
使用换向电路:可以设计专门的换向电路来改变电机绕组的电流方向,进而实现电机转向的切换。
例如,使用 H 桥电路,通过控制 H 桥中四个开关管的导通和截止状态,来改变电机绕组两端的电压极性,从而使电机反转,这种方法在一些需要频繁切换转向的应用中较为常见。