瑞士PORTESCAP直流電機控制原理介紹
直流電機(direct current machine)是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能(直流電動機)或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機)的旋轉(zhuǎn)電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機,將電能轉(zhuǎn)換為機械能;作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機,將機械能轉(zhuǎn)換為電能。
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1.首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機轉(zhuǎn)子所在位置,然后依照定子繞線決定開啟(或關(guān)閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序,inverter中之AH、BH、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些稱為下臂功率晶體管),使電流依序流經(jīng)電機線圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場,并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用,如此就能使電機順時/逆時轉(zhuǎn)動。當電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到hall-sensor感應(yīng)出另一組信號的位置時,控制部又再開啟下一組功率晶體管,如此循環(huán)電機就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到控制部決定要電機轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管);要電機轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反。
2.基本上功率晶體管的開法可舉例如下:AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組,但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因為電子零件總有開關(guān)的響應(yīng)時間,所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯時間要將零件的響應(yīng)時間考慮進去,否則當上臂(或下臂)尚未*關(guān)閉,下臂(或上臂)就已開啟,結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。
3.當電機轉(zhuǎn)動起來,控制部會再根據(jù)驅(qū)動器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號變化的速度加以比對(或由軟件運算)再來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關(guān)導(dǎo)通,以及導(dǎo)通時間長短。速度不夠則開長,速度過頭則減短,此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉(zhuǎn)速快或慢的方式,如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達到較精準速度控制的核心。
4.高轉(zhuǎn)速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時間,另外對于hall-sensor信號變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、 實時性。至于低轉(zhuǎn)速的速度控制尤其是低速起動則因為回傳的hall-sensor信號變化變得更慢,怎樣擷取信號方式、處理時機以及根據(jù)電機特性適當配置控制參數(shù)值就顯得非常重要。或者速度回傳改變以encoder變化為參考,使信號分辨率增加以期得到更佳的控制。電機能夠運轉(zhuǎn)順暢而且響應(yīng)良好,P.I.D.控制的恰當與否也無法忽視。之前提到直流無刷電機是閉回路控制,因此回授信號就等于是告訴控制部電機轉(zhuǎn)速距離目標速度還差多少,這就是誤差(Error)。知道了誤差自然就要補償,方式有傳統(tǒng)的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實是復(fù)雜多變的,若要控制的堅固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統(tǒng)的工程控制能*掌握,所以模糊控制、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論。
PORTESCAP直流電機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子,定子的主要作用是產(chǎn)生磁場,由機座、主磁極、換向極、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子,其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢,是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐,所以通常又稱為電樞,由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。
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