브러시리스 DC 모터-BLDC 기본 사항 — TMC4671-LA
브러시리스 DC 모터의 경우, 브러시 모터를 언급할 필요가 있습니다.. 브러시 모터에는 다소 성가신 단점이 있습니다.: 그건 “시끄러운”.
브러시와 정류 링은 지속적으로 마찰해야 하기 때문에, 전기자에 전원을 공급하기 위해.
그래서, 당신이 원하는 경우 “조용한 팬”, 당신은 확실히 브러시 모터 제품의 사용을 선택할 수 없습니다.
그리고 브러시는 오랜 시간이 지나면 손상될 가능성이 더 높습니다.. 전류가 높을 때, 방향을 바꿀 때 브러시가 딱딱거리고 불꽃이 튀는 것도 볼 수 있습니다..
이러한 단점은 다음에서 찾을 수 없습니다. 브러시리스 DC 모터-BLDC 아래에서 소개할!
브러시리스를 소개합니다 DC모터-BLDC (줄여서 BLDC) 다음 네 가지 측면에서.
1, BLDC의 장점과 단점.
2, BLDC의 작동 원리.
3, BLDC의 제어 모드.
4, BLDC의 실제 사용.
1、BLDC의 장점과 단점
브러시리스 DC 모터, 문자 그대로, 그 가장 큰 특징은 “무브러시”, 브러쉬가 없다는 뜻.
브러쉬가 없기 때문에, 브러시 모터의 몇 가지 단점을 피하는 것이 매우 완벽합니다.. 그래서 차례로, 그것의 주요 이점은.
1, 긴 수명; 2, 침묵할 수 있다; 3, 고효율 (저손실); 4, 더 작은 크기; 5, 높은 안정성.
- 1. 브러시리스 DC 모터는 다양한 속도에서 작동합니다., 어떤 속도로, 최대 전력으로 실행할 수 있습니다.
- 2. 뛰어난 과부하 용량 및 높은 작동 효율.
- 3. 브러시리스 DC 모터는 더 작습니다., 브러시 모터에 비해 더 넓은 적용 범위 및 더 높은 전력 밀도.
- 4. 비동기 모터의 드라이브 제어와 비교, 드라이브가 더 간단합니다.
- 5. 브러시리스 DC 모터는 기계적 정류자 구조가 없으며 내부에 밀폐되어 있습니다., 먼지 입자가 모터 내부로 유입되는 것을 방지하여 다양한 문제와 높은 신뢰성을 유발할 수 있습니다..
- 6. 외부 특성이 더 좋습니다., 저속 작동, 큰 토크를 출력할 수 있습니다, 상대적으로 큰 시동 토크를 제공할 수 있습니다..
BLDC의 단점
앞에 남은 질문으로 돌아가자: BLDC의 단점?
나는 당신이 이미 짐작했다고 믿습니다: 우리는 BLDC의 제어 방법에 대해 이야기하기 위해 많은 공간을 할애했습니다., 제어의 어려움을 볼 수 있을 만큼, 브러시 모터에 비해, 훨씬 높다!
따라서 BLDC의 가장 큰 단점은 높은 제어 난이도와 높은 ESC 구동 비용입니다. (전자 속도 제어, 줄여서 ESC).
또한 유도 저항으로 인해 BLDC가, 시작은 지터를 동반합니다, 브러시 모터와 달리 매우 부드럽게 시작됩니다..
현재, 다음과 같이 세 가지 주요 브러시리스 모터 제어 방법이 있습니다..
1、구형파 제어.
사다리꼴 웨이브 제어라고도 함, 120° 제어, 6-단계 정류 제어
구형파 제어 방식은 제어 알고리즘이 간단하다는 장점이 있습니다., 낮은 하드웨어 비용, 일반적인 성능의 사용 제어 장치 높은 모터 속도를 얻을 수 있습니다.
단점은 토크 변동이 크다는 것입니다., 일정량의 현재 소음이 있습니다., 효율성이 최대에 도달하지 않습니다.. 구형파 제어는 높은 모터 회전 성능이 필요하지 않은 애플리케이션에 적합합니다..
구형파 제어는 홀 센서 또는 센서리스 추정 알고리즘을 사용하여 모터 회전자의 위치를 얻습니다., 그런 다음 6개의 정류를 수행합니다. (60°마다 1개) 360° 전기 주기 내 회전자 위치 기반.
각 정류 위치에서 모터는 특정 방향으로 힘을 출력합니다., 따라서 구형파 제어의 위치 정확도는 전기적 60°라고 할 수 있습니다..
모터의 상전류 파형이 구형파에 가깝기 때문에 이러한 제어 방식, 구형파 제어라고합니다..
2、사인파 제어.
사인파 제어 방식은 SVPWM파를 사용합니다., 출력은 3상 사인파 전압, 해당 전류도 사인파 전류입니다..
이 방법은 구형파 제어 정류의 개념이 없습니다., 또는 무한한 수의 정류에서 전기 사이클이.
확실히, 구형파 제어와 비교, 사인파 제어는 토크 변동이 적고 전류 고조파가 적습니다., 제어 느낌을 더 많이 만듭니다. “연약한”, 하지만 성능 요구 사항은 제어 장치 구형파 제어보다 약간 높습니다., 모터의 효율을 극대화할 수 없습니다..
3、초점 제어
벡터 주파수 변환이라고도 함, 자기장 벡터 방향 제어
사인파 제어는 전압 벡터의 제어를 실현합니다., 현재 크기의 제어를 간접적으로 실현, 그러나 전류의 방향을 제어할 수 없다..
FOC 제어 방식은 정현파 제어의 업그레이드 버전이라고 할 수 있습니다., 현재 벡터의 통제를 깨닫는, 즉., 모터 고정자 필드의 벡터 제어.
고정자 필드의 방향이 제어되기 때문에, 고정자 필드와 로터 필드는 항상 90°로 유지될 수 있습니다., 특정 전류에서 최대 토크 출력을 얻을 수 있습니다..
FOC 제어 방식의 장점은: 낮은 토크 변동, 고효율, 저소음 및 빠른 동적 응답.
단점은: 더 높은 하드웨어 비용, 컨트롤러 성능에 대한 더 높은 요구 사항, 및 모터 매개변수가 일치해야 합니다..
FOC는 현재 브러시리스 DC 모터의 효율적인 제어를 위한 최선의 선택입니다. (BLDC) 및 영구 자석 동기 모터 (PMSM).
FOC는 자기장의 크기와 방향을 정밀하게 제어합니다., 모터 토크를 부드럽게 만드는, 작은 소음, 고효율, 고속 동적 응답이 있습니다..
FOC의 명백한 이점으로 인해, 이제 많은 기업들이 다양한 애플리케이션을 위해 기존 제품의 제어를 FOC로 점진적으로 대체하고 있습니다..
독일 Trinamic은 자기장 벡터 제어가 가능한 서보 제어 칩을 보유하고 있습니다. (FOC) — TMC4671-LA
– 토크 제어 모드
– 속도 제어 모드
– 위치 제어 모드
– 전류 제어 새로 고침 주파수 및 최대 PWM 주파수 100KHz (속도 및 위치 제어를 위한 새로 고침 빈도는 현재 현재 새로 고침 빈도의 배수로 구성할 수 있습니다.)
TMC4671은 브러시리스 DC 모터를 위한 자기장 방향 제어를 제공하는 완전 통합형 서보 제어 칩입니다., 영구 자석 동기 모터, 2-위상 스테퍼 모터, 브러시드 DC 모터 및 보이스 코일 모터.
모든 제어 기능이 하드웨어에 통합됨. 통합 ADC 사용, 위치 센서 인터페이스, 위치 차이, 이 모든 기능을 갖춘 서보 컨트롤러는 다양한 서보 애플리케이션에 적합합니다..
2、BLDC의 작동 원리
BLDC는 모터의 일종이다., 따라서 가장 기본적인 구성은 고정자와 회전자와 분리할 수 없습니다..
브러시 모터의 고정자는 영구 자석입니다., 로터는 통전 코일인 반면 (굴곡). 아래 그림과 같이.
그러나 BLDC의 경우, 그 반대는 사실이다!
고정자 (고정자) BLDC의 전류가 흐르는 코일입니다., 로터는 영구 자석이지만!
에서 “맥스웰-암페어의 법칙”, 통전 코일 근처의 공간이 자기장을 생성한다는 것을 알 수 있습니다.. 그리고 자기장 분포의 방향, 우리는 사용할 수 있습니다 “오른손 법칙” 도출하다.
사실은, 이것은 우리가 흔히 부르는 “전자석”!
그럼 다음은 간단합니다, 자석의 속성은 무엇입니까?
같은 성은 서로를 격퇴한다, 이성은 서로에게 끌린다.!
그래서, 우리는 전류의 적절한 방향에 접근하기 위해 고정자에 코일을 제공하기만 하면 됩니다., 그건, 전자석 방향의 자극이.
그래서, 고정자의 코일을 적절한 전류 방향에 연결하기만 하면 됩니다., 그건, 전자석의 자극 방향과 영구 자석의 자극 방향이 정확히 일치하도록, 물리칠 수 없도록, 또는 회전 운동을 하기 위하여 회전자를 끌어당기십시오.
고정자의 최적화
위의 구동방식, 즉. 각 코일을 순차적으로 개별적으로 통전, 가능하지만 너무 번거롭고 비효율적임.
그러므로, 실제 BLDC는 6개의 코일을 2개씩 결합하여 3개의 권선으로 나눕니다., ㅏ, 비, 그리고 C, 다음과 같이.
이렇게 하면 동시에 두 개의 전자석을 구동할 수 있습니다., 즉시 효율성이 두 배가 됩니다..
그러나 이것은 자석으로 만 “끌어 당김” 형질, 자석도 잊지 마세요 “반발” 형질.
다른 코일 세트를 동시에 구동하는 경우, 이전 코일 세트가 “끌어 들이다” 코일의 다른 세트가 회전자 “격퇴하다” 로터, 그러면 로터가 더 높은 구동력을 얻게 됩니다.!
지금까지, 이 모델은 실제 BLDC 제품에 접근하기 시작했습니다..
하지만 위 모델의 경우
하지만, 위 모델의 경우, 우리는 효과를 달성하기 위해 반대 방향으로 두 세트의 전력으로 두 권선을 공급할 필요가 있습니다. “끌어 당김” 그리고 “반발” 동시에.
이는 실제 적용에 너무 복잡하고 비용이 많이 듭니다..
다음으로 우리는 “BLDC 제어 방식”, 위의 문제를 해결할 것입니다.
3、BLDC의 제어방식
오리지널 A, 비, C 세 권선은 독립적입니다, 그래서 그것들을 통제하는 것은 매우 번거로운 일입니다..
그런 다음 A의 세 권선을 연결하면,비,C를 합치고 a를 합친다. “별 배열”, 결과는 어떻게 될까요?
원래 세 권, 6줄로 이어지는; 이제 단 세 줄로 줄어든 줄로 이어집니다., 이렇게 연결된 6개의 라인으로 동일한 제어 효과를 달성하는 방법?
다음 그림.
전원 공급 장치의 양극은 A 권선 입력의 오른쪽 상단 모서리에 연결됩니다., 전원 공급 장치의 음극이 B 권선 출력의 왼쪽 하단 모서리에 연결되는 동안.
이번에는 A권선과 B권선이 동시에 구동된다., 그 극성은 정확히 반대입니다, 3개의 권선이 독립적으로 구동될 때 동일한 효과를 달성하기 위해!
그래서 이 순서를 따르면: AB-AC-BC-BA-CA-CB, 여섯 박자, 고정자 권선을 차례로 순환, 로터는 계속 회전할 수 있습니다.!
6개의 전자 스위치를 사용하여 이 6개의 비트를 구동할 수 있습니다., 다음과 같이.
위치 감지
로터의 여섯 비트를 제어하는 방법을 이미 알고 있지만.
하지만 새로운 문제를 발견했습니까?: 로터의 위치를 모르는 경우, 어떤 권선을 언제 구동해야 하는지 어떻게 알 수 있습니까??
따라서 로터의 현재 위치를 알아야 합니다.!
로터의 위치는 일반적으로 두 가지 방법으로 감지됩니다..
1, 홀 센서 감지 방법.
다음 그림, 고정자 H1, H2, H3에 넣습니다., 홀 센서 3개, 고정자의 현재 정확한 위치를 알 수 있습니다..
높은 수준과 낮은 수준을 나타내는 홀 센서 출력.
2, 역기전력 검출 방식
역기전력 검출 방식은 전자기 유도의 원리를 기반으로 합니다..
자기장이 (자속) 전원이 공급되지 않는 권선 변화 주변, 이 권선에 전위가 유도됩니다..
이 전위의 크기와 방향을 감지하여, 우리는 또한 고정자의 현재 위치를 알 수 있습니다.
이 두 가지 감지 방법에는 장단점이 있습니다..
홀 센서 감지가 조금 더 정확합니다., 그러나 또한 더 비싼.
반대로, 역기전력 검출 방식이 더 경제적임, 하지만 정확도가 약간 떨어집니다.
내부 로터 또는 외부 로터
BLDC는 2가지 구조로 되어 있습니다.: 내부의 로터를 이너 로터 BLDC라고 합니다.; 반대로, 로터 외부는 외부 로터 BLDC라고합니다..
상대적으로 말하자면, 외부 로터 BLDC가 더 자주 사용됨.
주된 이유는 외부 회전자 BLDC가 기계적 구조에서 더 안정적이기 때문입니다.. 이는 모터 회전자가 고속 작동 시 원심력으로 인해 바깥쪽으로 팽창하는 경향이 있기 때문입니다..
따라서 내부 회전자 BLDC는 회전자와 고정자가 충돌하지 않도록 매우 높은 기계적 정밀도가 필요합니다..
하지만 예약된 거리가 너무 먼 경우, 자기 누설로 이어지고 모터의 전반적인 효율에 영향을 미칩니다..
그러나 이것은 아우터 로터 BLDC의 문제가 아닙니다., 외부 로터는 자연적으로 팽창의 영향을 받지 않기 때문에.
4、BLDC의 실제 적용
그럼 다음을 보자., BLDC의 실제 적용 시나리오.
1, 자동 냉각 팬 공기 냉각은 많은 장치 냉각을 위한 첫 번째 선택입니다..
예를 들어, 많은 주요 “조용한” 시중의 섀시, 공냉식을 사용하는 경우, 내부 냉각팬은 기본적으로 BLDC를 사용.
노트북에 열을 분산시키는 데 사용되는 베이스도 일반적으로 사용되는 BLDC, 내부에 일부 대형 환기 냉각 시스템 외에도, BLDC 팬 사용. 고속 송풍기 및 기타 제품도 있습니다..
2, 다축 드론은 더 큰 전력의 BLDC에 사용됩니다., 적절한 ESC에 적응 (ESC), 그런 다음 PWM을 사용하여 BLDC 속도를 제어하는 것이 매우 편리합니다..
3, 전동 공구 및 기타 제품, 전기 배치와 같은, 국내 생산 전동렌치 기본사용 BLDC, 그리고 대부분의 핸드 드릴.
주로 BLDC의 높은 효율 때문에, 배터리 구동식 전동 공구를 더 오래 사용할 수 있습니다.. 또 다른 포인트는 브러시리스 모터의 토크 출력이 매우 안정적이라는 것입니다..
냉장고 압축기도 있습니다., 냉동고 냉각 팬, 공기청정기 뿐만 아니라, 진공청소기/청소기, 근막 총, 등., 최근 몇 년 동안 매우 뜨거운, 대부분은 BLDC에 의해 구동됩니다..
