發布日期：2022-10-09 點擊率：132
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無刷直流電機的工作原理本質上與有刷電機類似，有刷直流電機采用機械的電刷和換向器對繞組中的電流進行換向。而無刷電機采用電子方式對繞組電流換向。
直流電機中轉矩是通過永磁體磁場和繞組中的電流相互作用產生的，在有刷電機中，換向器通過切換電樞繞組實現電樞電流的換向與合適的磁場。而無刷直流電機中，霍爾位置傳感器探測轉子旋轉磁場的位置，通過邏輯與驅動電路，給相應的繞組激勵。總的說來，繞組根據電機永磁體的磁場作出反應，從而產生需要的轉矩。如圖1是一種三相8極（四對磁極）無刷直流電機基本組成：
旋轉的永磁體轉過雙極型數字霍爾傳感器時，會使雙極型數字霍爾傳感器狀態發生改變。如上圖中8極磁體無刷直流電機中，每兩個南極之間相隔90度，霍爾傳感器相隔120度放置，此時霍爾傳感器之間電角度相隔30度。南極靠近時，雙極型數字霍爾傳感器轉換工作狀態，當第一個數字霍爾傳感器在0度電角度轉為工作狀態時，第二個數字霍爾傳感器在30度電角度時工作，第三個數字霍爾傳感器在60度電解時工作。
當北極經過雙極數字型霍爾傳感器時，數字霍爾傳感器會轉為釋放狀態，旋轉的8極磁體的每個北極與相鄰的南極之間為45度，因此，數字霍爾傳感器在磁體轉過45度后，會由工作狀態轉為釋放狀態。如圖2為數字霍爾傳感器控制的輸出電平狀態。
上述三個雙極型數字霍爾傳感器的輸出作為轉子位置的編碼器使用，將磁體的位置和極性信息作為信號發送給邏輯電路，用于開斷H形橋式功率管，如圖3，三相無刷直流電機典型驅動電路。
圖中R1，S1，T1可以由上述信號驅動，而R2，S2，T2由上述信號反相后驅動。這樣，根據旋轉磁體的位置，每對功率管會相應地開通或判斷，從而以正確的順序、在正確的時間為電機繞組提供電流。
數字霍爾元件的選型，需根據安裝要求（即轉子磁場方向）與霍爾元件的感應方向，進行合理選擇。
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?我們在電動車，家用電器，印刷機械等很多行業都可以看到直流無刷電機的應用。直流無刷電機的運行時靠確定霍爾記錄轉子的位置，傳送信號到控制芯片來控制直流無刷電機的工作狀態。
? ? 這里的霍爾的作用就用來記錄直流無刷電機的轉子的位置，從而控制換相功率，在三相直流無刷電機里，用三個霍爾傳感器就可以記錄六個相位的位置。
? ? ?隨著電力電子技術的發展，無刷直流電機得到了越來越廣泛的應用，在電動車輛、家用電器、紡織機械等領域都可以見到無刷直流電機的身影。無刷直流電機工作時，需要根據轉子位置的不同來切換工作狀態。霍耳傳感器常用來檢測無刷直流電機的換相位置，對于三相無刷直流電機，3 個霍耳傳感器就可以將6 個換相位置檢測出來。常用的霍耳傳感器安裝方式有120 ° 安裝和60° 安裝2 種，2 種方法都可以輸出6 個不同的霍耳信號，分別對應6 個不同的區域，當無刷直流電機轉子轉到某一區域時，對應的繞組通電，電機就可以正常工作，若霍耳信號與繞組關系錯誤，就無法正常工作，甚至會對電機或功率器件造成損壞。因此，確定霍耳信號與定子繞組關系對于無刷直流電機而言非常重要。
? ? 已有一些文獻對如何確定霍耳信號與定子繞組關系進行了研究，并提出了一些檢測方法。提出了區分無刷直流電機定子繞組、霍耳傳感器引腳的方法，但這種方法適用于霍耳傳感器的輸出為模擬量的情況，而無刷直流電機的霍耳傳感器大多輸出數字量。根據線反電勢與換相信號的關系來判斷換相信號與繞組關系，使用DSP 捕捉線反電勢過零點，使用示波器來采集線反電勢波形，要獲得線反電勢，兩種方法都要借助外力使電機轉動。需要將轉子轉到特定位置，然后根據繞組通電情況判斷，實現不太方便。提出了一種無刷直流電機相序故障自恢復方法，但這種方法需提前獲知霍耳信號的安裝方式，即120°安裝還是60°安裝。
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? 采用三三導通的方式將電機轉子依次轉到6個位置，并紀錄對應的霍耳信號，以此來判斷繞組與霍耳信號關系。該方法無需提前獲知霍耳傳感器是120°安裝還是60°安裝，也無需借助外力使電機轉動，安全可靠，簡單易行，可以廣泛應用于帶霍耳傳感器的無刷直流電機應用場合，如電動自行車、紡織機械等。
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1、直流無刷電機原理
? ? 三相無刷直流電機常采用兩兩導通的方式工作，兩兩導通指任意時刻逆變器只有2只開關管開通。無刷直流電機需要根據轉子位置來切換工作狀態，也就是說換相點是無刷直流電機正常工作必不可少的信息。圖1為三相無刷直流電機換相點示意圖，為便于理解，特給出了反電勢以及相電流波形，圖中ea，eb，ec代表三相相反電勢，由圖可見，對于三相無刷直流電機，每個電周期內有6個不同的換相點，也就是說每個電周期內電機換相6次。
霍耳傳感器常用來檢測無刷直流電機換相點。三相無刷直流電機需要3 個霍耳傳感器來檢
測6 個不同的位置，霍耳傳感器的安裝有120° 安裝和60° 安裝2 種方式，120° 安裝指3 個霍耳傳感
器互差120° （電角度），而60°安裝指3 個霍耳傳感器互差60° （電角度），2 種安裝方法對應霍耳傳感
器的輸出信號如圖2 所示，圖2 中霍耳信號跳變的位置就是換相點。2 種安裝方式最大的區別在于采用60 ° 安裝時可以輸出“000”和“111”信號，而120° 安裝則不會輸出這2 個信號，通過這一點可以判斷霍耳傳感器的安裝方式。
?不管采用哪種安裝方式，輸出的霍耳信號將每個電周期分為6 個區域，當轉子轉到某個區域時，特定的繞組通電，無刷直流電機即可正常運行，若霍耳信號與繞組關系不準確，電機將無法工作，甚至會造成電機或逆變器損壞。下面介紹一種無刷直流電機霍耳信號與繞組關系自學習方法。
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三相直流無刷電機轉矩可以由下式來計算；
? ? T =eaia + ebib + ecicω式中：ea ，eb ，ec 為三相相反電勢；ia ，ib ，ic 為三相相電流；ω 為電機角速度。空載時，在電機繞組中通以固定電流，電機轉子將轉到某一位置并停止，此時電機產生的轉矩零圖3中，Ⅰ～Ⅵ表示霍耳傳感器將電周期分成的6 個區域，當兩兩導通時，通電的兩相繞組電流大小相等，方相反，電機轉矩為零的點分布在各個區域的邊界上；當采用三三導通時，三相繞組均通電，若電流最大相的電流為I，那么其它兩相電流為－I/2，此時電機轉矩為零的點分布在各個區域的中間位置，如圖3 所示。通過以上分析可以知道，要使轉子轉到某一個區域，采用三三導通的方法要比兩兩導通的方法更加合理。
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? ?在某一個特定的區域，正常工作時需要通電的直流無刷電機繞組是一定的，如圖3 中的區域Ⅰ，兩兩導通時需A 相和B相繞組通電，要想產生正轉矩，A 相繞組應通正電流，B 相繞組應通負電流，記為“A+B-”，要產生負轉矩則“B+A-”，其它區域內直流無刷電機繞組通電的情況如表1 所示。如果電機采用三三導通方式工作，可以根據反電勢很容易地得出繞組通電情況，這里就不再列舉。
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