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X-TEAM 直流无刷电机的霍尔是120°安装还是60°安装好?

文章出处:x-teamrc.cn   人气:   发表时间:2018-11-13 22:46

我们在电动车,家用电器,印刷机械等很多行业都可以看到直流无刷电机的应用。直流无刷电机的运行时靠确定霍尔记录转子的位置,传送信号到控制芯片来控制直流无刷电机的工作状态。

    这里的霍尔的作用就用来记录直流无刷电机的转子的位置,从而控制换相功率,在三相直流无刷电机里,用三个霍尔传感器就可以记录六个相位的位置。

     随着电力电子技术的发展,无刷直流电机得到了越来越广泛的应用,在电动车辆、家用电器、纺织机械等领域都可以见到无刷直流电机的身影。无刷直流电机工作时,需要根据转子位置的不同来切换工作状态。霍耳传感器常用来检测无刷直流电机的换相位置,对于三相无刷直流电机,3 个霍耳传感器就可以将6 个换相位置检测出来。常用的霍耳传感器安装方式有120 ° 安装和60° 安装2 种,2 种方法都可以输出6 个不同的霍耳信号,分别对应6 个不同的区域,当无刷直流电机转子转到某一区域时,对应的绕组通电,电机就可以正常工作,若霍耳信号与绕组关系错误,就无法正常工作,甚至会对电机或功率器件造成损坏。因此,确定霍耳信号与定子绕组关系对于无刷直流电机而言非常重要。

    已有一些文献对如何确定霍耳信号与定子绕组关系进行了研究,并提出了一些检测方法。提出了区分无刷直流电机定子绕组、霍耳传感器引脚的方法,但这种方法适用于霍耳传感器的输出为模拟量的情况,而无刷直流电机的霍耳传感器大多输出数字量。根据线反电势与换相信号的关系来判断换相信号与绕组关系,使用DSP 捕捉线反电势过零点,使用示波器来采集线反电势波形,要获得线反电势,两种方法都要借助外力使电机转动。需要将转子转到特定位置,然后根据绕组通电情况判断,实现不太方便。提出了一种无刷直流电机相序故障自恢复方法,但这种方法需提前获知霍耳信号的安装方式,即120°安装还是60°安装。

 

    采用三三导通的方式将电机转子依次转到6个位置,并纪录对应的霍耳信号,以此来判断绕组与霍耳信号关系。该方法无需提前获知霍耳传感器是120°安装还是60°安装,也无需借助外力使电机转动,安全可靠,简单易行,可以广泛应用于带霍耳传感器的无刷直流电机应用场合,如电动自行车、纺织机械等。

    

1、直流无刷电机原理

    三相无刷直流电机常采用两两导通的方式工作,两两导通指任意时刻逆变器只有2只开关管开通。无刷直流电机需要根据转子位置来切换工作状态,也就是说换相点是无刷直流电机正常工作必不可少的信息。图1为三相无刷直流电机换相点示意图,为便于理解,特给出了反电势以及相电流波形,图中ea,eb,ec代表三相相反电势,由图可见,对于三相无刷直流电机,每个电周期内有6个不同的换相点,也就是说每个电周期内电机换相6次。

直流无刷电机.jpg

    霍耳传感器常用来检测无刷直流电机换相点。三相无刷直流电机需要3 个霍耳传感器来检

测6 个不同的位置,霍耳传感器的安装有120° 安装和60° 安装2 种方式,120° 安装指3 个霍耳传感

器互差120° (电角度),而60°安装指3 个霍耳传感器互差60° (电角度),2 种安装方法对应霍耳传感

器的输出信号如图2 所示,图2 中霍耳信号跳变的位置就是换相点。2 种安装方式最大的区别在于采用60 ° 安装时可以输出“000”和“111”信号,而120° 安装则不会输出这2 个信号,通过这一点可以判断霍耳传感器的安装方式。

直流无刷电机.jpg

    不管采用哪种安装方式,输出的霍耳信号将每个电周期分为6 个区域,当转子转到某个区域时,特定的绕组通电,无刷直流电机即可正常运行,若霍耳信号与绕组关系不准确,电机将无法工作,甚至会造成电机或逆变器损坏。下面介绍一种无刷直流电机霍耳信号与绕组关系自学习方法。

 

三相直流无刷电机转矩可以由下式来计算;

    T =eaia + ebib + ecicω式中:ea ,eb ,ec 为三相相反电势;ia ,ib ,ic 为三相相电流;ω 为电机角速度。空载时,在电机绕组中通以固定电流,电机转子将转到某一位置并停止,此时电机产生的转矩零图3中,Ⅰ~Ⅵ表示霍耳传感器将电周期分成的6 个区域,当两两导通时,通电的两相绕组电流大小相等,方相反,电机转矩为零的点分布在各个区域的边界上;当采用三三导通时,三相绕组均通电,,若电流最大相的电流为I,那么其它两相电流为-I/2,此时电机转矩为零的点分布在各个区域的中间位置,如图3 所示。通过以上分析可以知道,要使转子转到某一个区域,采用三三导通的方法要比两两导通的方法更加合理。

直流无刷电机.jpg

 

     在某一个特定的区域,正常工作时需要通电的直流无刷电机绕组是一定的,如图3 中的区域Ⅰ,两两导通时需A 相和B相绕组通电,要想产生正转矩,A 相绕组应通正电流,B 相绕组应通负电流,记为“A+B-”,要产生负转矩则“B+A-”,其它区域内直流无刷电机绕组通电的情况如表1 所示。如果电机采用三三导通方式工作,可以根据反电势很容易地得出绕组通电情况,这里就不再列举。