在我之前的叙述中,我们探讨了无刷直流(BLDC)电机的优点以及它如何被广泛应用于各种场景。特别是,三相无刷直流电机由三个相绕线和一个带有永磁体的转子组成,这使得它们具有高效率、高扭矩重量比、低维护和长寿命等特点。
为了驱动这些电机,通常需要使用电子驱动器来控制正确地换向电机中的绕组电流。最常见的这种电子驱动器是一种称为三相 H 桥逆变器的设备,它通过位置传感器反馈或无传感算法来控制电流。在 BLDC 电机中,每个 120 度梯形控制周期内,只有两个绕组导通,而每个开关只在其 120 度周期内导通一次。
根据公式 1 中给出的模型,可以计算任意时刻 BLDC 电机上的绕组电流。这意味着瞬时绕组电流取决于反磁力、线间抵抗、线间感性以及施加到的压力。当失速条件下,即零速度时,反磁力为零,因此当没有任何载荷情况下,稳态绕组中的稳态当前仅受阻尼因素影响。而当达到饱和状态,即超出额定值的情况下,由于感性的减少导致当前上升至甚至超过标称值。
例如,一台额定功率为400瓦、额定直流压力为220伏特且额定 RMS 绕组当前为3.6安培的BLDC 电机会在失速状态下的最大可能当前是36.67安培。如果我们不采取适当限流量保护措施,那么逆变器级别必须承担此类巨大的负载,从而造成成本高昂与体积庞大。此外,让轴承承受过度时间会导致热量增加,有可能烧毁轴承,并且永磁体因为高温或退磁产生的大量退磁现象而退化。
如果我们设计驱动系统以针对额定的运行状况进行,则需要提供适合所有相关部件(包括逆变器级别)的过滤保护,以防止损坏。要实现这个目标,我们首先必须检测到轴圈中的当前变化。一种方法是在所有三个相之间串联或者将传感器放置到每个支路内部来测量这三个相之间交流模式;另一种方法是在两个相之间测量并通过设定它们之和等于零来推断第三个相。然而,在梯形控制期间,每60度交流换向周期内只有两条路径同时激活并供给给轮子,所以我们可以通过监控母线直接从总线返回端检测到轴圈中的变化,如图一所示。
对于单极二象限操作模式,只有一根桥臂处于活动状态并应用脉宽调制(PWM),而另一根保持打开状态。在整个60度交流换向期间,将A及B 相激活。当顶部开关打开时,当两根引脚连接时,当顶部及底部开关同时打开时母线与励波相同。当顶部关闭且底部保持开放的时候励波则不会穿越母线;因此即便关闭也不会改变励波大小。但续发期间(即顶端关闭但底端仍然开放),励波并不增加,但降低。这意味着可以用母线直接从总回程读取用于检查过载的情况,因为只要持续存在续发过程就不能增加励波强度了。
最后,我希望我的解释已经清楚地表明了如何通过监视直流母线上的变化来限制峰值输入输出能耗。我希望这是对您有用的信息!