在我之前的叙述中,我们探讨了无刷直流电机(BLDC)的工作原理以及它如何被广泛应用于各种场景。现在,让我们深入分析如何通过适当的限流保护来确保BLDC驱动器的安全和效率。
首先,了解BLDC电机是至关重要的。这类电机不含有传统的电刷,而是依赖于三相H桥逆变器来控制绕组中的电流。这个过程涉及到120度梯形控制,每个周期内只有两个绕组导通,这使得单极开关(软斩波)能够精确地控制绕组电流。
为了计算任意时刻BLDC电机中的绕组电流,我们使用了一种名为等式1的公式,该公式考虑了反感、线间阻抗、施加之上的交流压力以及反感与角速度之间正比关系。在失速条件下,即零速度状态下,反感消失,使得稳态绕组电流量仅受线间阻抗限制。而在高过载情况下,当励磁体饱和时,励磁体产生较低效果,从而导致额外负荷造成更快上升的情形。
举例来说,如果我们有一台额定功率为400W、额定直流压力为220V且额定RMS绕组当前为3.6A的BLDC驱动器,并且该设备具有6欧姆级别线间阻抗,那么失速下的当前将达到36.67A。这意味着若不采取适当限流措施,则逆变器级需要设计以承受这种超出标称水平的大量功率。
然而,在现实世界中,由于逆变器级必须承担此类高峰值功耗,它们变得庞大且成本昂贵。此外,不断运行在失速状态下会导致设备过热并可能损坏或退磁永磁体。如果我们针对标称功率设计系统,则必须实施合适的过载保护,以防止这些风险发生。
要实现这样的保护,我们首先需要检测到异常增加的情况。理想情况下,可以通过串联三个相位或测量两相位并利用代数方法确定第三个相位来监控所有三个相位。但实际上,更简单有效的是通过直接监视总线返回处放置一个低成本检测二极管来进行这项任务,如图1所示。当顶部开关打开时,两相位置通;当顶部和底部开关都打开时,总线与位置相同;而当顶部关闭但底部保持打开状态时,一次续接操作发生,在此期间位置不会影响总线,因此其大小即可提供所需信息。
对于单象限驱动,只有一个有源桥臂被PWM调制。在整个60度换向周期内,其它一只腿保持开放状态。在一次交替期间,其中A和B分别处于活动状态。当顶端开关打开时,它们同时连接到交流母线;当它们都关闭时,他们彼此隔离,而不是回到交流母线,因此可以用同样的方式监测其大小以判断是否存在超出预期范围的情况。
从我的解释中可以看出,对任何给定的系统都是基于监控交流母线输入以保证不会超过预设阈值。一旦超过,将立即采取行动以防止进一步损害。这就意味着我们的系统既能应对未来的挑战,也能保证长期稳定性,同时减少维护需求,这些都是现代技术解决方案应该具备的一般性质。