西門(mén)子直流驅動(dòng)器工作原理

直流電機是同步電機的一種，也就是說(shuō)du電機轉子的轉速受zhi電機定子旋轉磁場(chǎng)的速度及轉子極數(P)影響：
N=120．f / P。在轉子極數固定情況下，改變定子旋轉磁場(chǎng)的頻率就可以改變轉子的轉速。直流無(wú)刷電機即是將同步電機加上電子式控制(驅動(dòng)器)，控制定子旋轉磁場(chǎng)的頻率并將電機轉子的轉速回授至控制中心反復校正，以期達到接近直流電機特性的方式。也就是說(shuō)直流無(wú)刷電機能夠在額定負載范圍內當負載變化時(shí)仍可以控制電機轉子維持一定的轉速。
直流無(wú)刷驅動(dòng)器包括電源部及控制部如圖 (1) ：電源部提供三相電源給電機，控制部則依需求轉換輸入電源頻率。
電源部可以直接以直流電輸入(一般為24V)或以交流電輸入(110V/220 V)，如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉換器(converter)轉成直流。不論是直流電輸入或交流電輸入要轉入電機線(xiàn)圈前須先將直流電壓由換流器(inverter)轉成3相電壓來(lái)驅動(dòng)電機。換流器(inverter)一般由6個(gè)功率晶體管(Q1～Q6)分為上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)連接電機作為控制流經(jīng)電機線(xiàn)圈的開(kāi)關(guān)?？刂撇縿t提供PWM(脈沖寬度調制)決定功率晶體管開(kāi)關(guān)頻度及換流器(inverter)換相的時(shí)機。直流無(wú)刷電機一般希望使用在當負載變動(dòng)時(shí)速度可以穩定于設定值而不會(huì )變動(dòng)太大的速度控制，所以電機內部裝有能感應磁場(chǎng)的霍爾傳感器(hall-sensor)，做為速度之閉回路控制，同時(shí)也做為相序控制的依據。但這只是用來(lái)做為速度控制并不能拿來(lái)做為定位控制。
直流無(wú)刷電機的控制原理
要讓電機轉動(dòng)起來(lái)，首先控制部就必須根據hall-sensor感應到的電機轉子目前所在位置，然后依照定子繞線(xiàn)決定開(kāi)啟(或關(guān)閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序，如 下（圖二） inverter中之AH、BH、CH(這些稱(chēng)為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些稱(chēng)為下臂功率晶體管)，使電流依序流經(jīng)電機線(xiàn)圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉磁場(chǎng)，并與轉子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時(shí)/逆時(shí)轉動(dòng)。當電機轉子轉動(dòng)到hall-sensor感應出另一組信號的位置時(shí)，控制部又再開(kāi)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轉動(dòng)直到控制部決定要電機轉子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開(kāi)下臂功率晶體管)；要電機轉子反向則功率晶體管開(kāi)啟順序相反。
基本上功率晶體管的開(kāi)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(kāi)成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因為電子零件總有開(kāi)關(guān)的響應時(shí)間，所以功率晶體管在關(guān)與開(kāi)的交錯時(shí)間要將零件的響應時(shí)間考慮進(jìn)去，否則當上臂(或下臂)尚未*關(guān)閉，下臂(或上臂)就已開(kāi)啟，結果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。
當電機轉動(dòng)起來(lái)，控制部會(huì )再根據驅動(dòng)器設定的速度及加/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(lái)決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開(kāi)關(guān)導通，以及導通時(shí)間長(cháng)短。速度不夠則開(kāi)長(cháng)，速度過(guò)頭則減短，此部份工作就由PWM來(lái)完成。PWM是決定電機轉速快或慢的方式，如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達到較速度控制的核心。高轉速的速度控制必須考慮到系統的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時(shí)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(shí)時(shí)性。至于低轉速的速度控制尤其是低速起動(dòng)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(shí)機以及根據電機特性適當配置控制參數值就顯得非常重要?；蛘咚俣然貍鞲淖円詄ncoder變化為參考，使信號分辨率增加以期得到更佳的控制。電機能夠運轉順暢而且響應良好，P.I.D.控制的恰當與否也無(wú)法忽視。之前提到直流無(wú)刷電機是閉回路控制，因此回授信號就等于是告訴控制部現在電機轉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，方式有傳統的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實(shí)是復雜多變的，若要控制的堅固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統的工程控制能*掌握，所以模糊控制、專(zhuān)家系統及神經(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。