西(xi)門(men)子直流(liu)驅(qu)動器工作(zuo)原(yuan)理(li)

西(xi)門(men)子直流(liu)驅(qu)動器工作(zuo)原(yuan)理(li)

直(zhi)流(liu)電機是同(tong)步(bu)電機的(de)壹種(zhong)，也就是說(shuo)du電機轉(zhuan)子的(de)轉(zhuan)速受(shou)zhi電機定(ding)子旋轉(zhuan)磁場(chang)的(de)速度(du)及(ji)轉(zhuan)子極數(shu)(P)影響(xiang)：
N=120．f / P。在轉(zhuan)子極數(shu)固定(ding)情(qing)況下，改變(bian)定(ding)子旋轉(zhuan)磁場(chang)的(de)頻率就(jiu)可以改變轉(zhuan)子的(de)轉(zhuan)速。直(zhi)流(liu)無(wu)刷電機即是(shi)將(jiang)同步(bu)電機加(jia)上電子式(shi)控制(驅(qu)動器)，控制定(ding)子旋轉(zhuan)磁場(chang)的(de)頻率並將(jiang)電機轉(zhuan)子的(de)轉(zhuan)速回(hui)授(shou)至(zhi)控(kong)制中心反復(fu)校正，以(yi)期達(da)到接(jie)近(jin)直(zhi)流(liu)電機特性(xing)的(de)方式(shi)。也就是說(shuo)直流(liu)無(wu)刷電機能夠(gou)在額(e)定(ding)負(fu)載(zai)範圍(wei)內(nei)當(dang)負(fu)載(zai)變化(hua)時(shi)仍(reng)可(ke)以(yi)控(kong)制電機轉(zhuan)子維持壹定(ding)的(de)轉(zhuan)速。
直(zhi)流(liu)無(wu)刷驅動器包括電源部(bu)及控(kong)制部(bu)如(ru)圖(tu) (1) ：電源部(bu)提供(gong)三(san)相(xiang)電源給(gei)電機，控制部(bu)則依需求(qiu)轉(zhuan)換輸(shu)入電源頻率。
電源部(bu)可以(yi)直(zhi)接(jie)以(yi)直(zhi)流(liu)電輸(shu)入(壹般為24V)或(huo)以(yi)交(jiao)流(liu)電輸(shu)入(110V/220 V)，如(ru)果(guo)輸(shu)入是交(jiao)流(liu)電就(jiu)得先(xian)經(jing)轉(zhuan)換器(converter)轉(zhuan)成直流(liu)。不(bu)論是直流(liu)電輸(shu)入或(huo)交(jiao)流(liu)電輸(shu)入要轉(zhuan)入電機線(xian)圈前須(xu)先(xian)將(jiang)直流(liu)電壓(ya)由換流(liu)器(inverter)轉(zhuan)成3相電壓(ya)來驅(qu)動電機。換流(liu)器(inverter)壹般由6個功率晶(jing)體(ti)管(Q1～Q6)分(fen)為上臂(bi)(Q1、Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)連接(jie)電機作(zuo)為控(kong)制流(liu)經(jing)電機線(xian)圈的(de)開(kai)關(guan)。控制部(bu)則提(ti)供(gong)PWM(脈(mai)沖(chong)寬(kuan)度調制)決(jue)定(ding)功率晶(jing)體(ti)管開(kai)關(guan)頻度(du)及換(huan)流(liu)器(inverter)換相的(de)時(shi)機。直流(liu)無(wu)刷電機壹般希望使(shi)用(yong)在當負(fu)載(zai)變動時速度(du)可(ke)以穩(wen)定(ding)於(yu)設定(ding)值而(er)不(bu)會變(bian)動太大(da)的(de)速度(du)控(kong)制，所(suo)以(yi)電機內(nei)部(bu)裝有(you)能感(gan)應(ying)磁場(chang)的(de)霍(huo)爾(er)傳感(gan)器(hall-sensor)，做(zuo)為速度(du)之(zhi)閉(bi)回路(lu)控制，同(tong)時(shi)也做(zuo)為相(xiang)序控制的(de)依據(ju)。但(dan)這只是用(yong)來做(zuo)為速度(du)控(kong)制並不(bu)能拿來做(zuo)為定(ding)位控(kong)制。
直(zhi)流(liu)無(wu)刷電機的(de)控(kong)制原(yuan)理(li)
要(yao)讓電機轉(zhuan)動起來，首先(xian)控(kong)制部(bu)就必(bi)須根(gen)據(ju)hall-sensor感(gan)應(ying)到的(de)電機轉(zhuan)子目前所在位置(zhi)，然(ran)後(hou)依照定(ding)子繞(rao)線(xian)決(jue)定(ding)開(kai)啟(qi)(或(huo)關(guan)閉(bi))換流(liu)器(inverter)中功率晶(jing)體(ti)管的(de)順(shun)序(xu)，如(ru) 下（圖(tu)二(er)） inverter中之(zhi)AH、BH、CH(這些(xie)稱(cheng)為上臂(bi)功率晶(jing)體(ti)管)及(ji)AL、BL、CL(這些(xie)稱(cheng)為下臂功率晶(jing)體(ti)管)，使(shi)電流(liu)依序流(liu)經(jing)電機線(xian)圈產生順向(或(huo)逆(ni)向)旋(xuan)轉(zhuan)磁場(chang)，並與轉(zhuan)子的(de)磁鐵相互作(zuo)用(yong)，如(ru)此就(jiu)能使(shi)電機順時(shi)/逆(ni)時轉(zhuan)動。當電機轉(zhuan)子轉(zhuan)動到hall-sensor感應(ying)出(chu)另壹組(zu)信號的(de)位(wei)置(zhi)時(shi)，控制部(bu)又(you)再(zai)開(kai)啟(qi)下壹組(zu)功率晶(jing)體(ti)管，如(ru)此循(xun)環(huan)電機就可(ke)以(yi)依同壹方向繼(ji)續轉(zhuan)動直到控制部(bu)決定(ding)要電機轉(zhuan)子停(ting)止(zhi)則(ze)關(guan)閉(bi)功率晶(jing)體(ti)管(或(huo)只(zhi)開(kai)下臂功率晶(jing)體(ti)管)；要(yao)電機轉(zhuan)子反向則(ze)功率晶(jing)體(ti)管開(kai)啟(qi)順序(xu)相反。
基本(ben)上功率晶(jing)體(ti)管的(de)開(kai)法可(ke)舉例如(ru)下：
AH、BL壹組(zu)→AH、CL壹組(zu)→BH、CL壹組(zu)→BH、AL壹組(zu)→CH、AL壹組(zu)→CH、BL壹組(zu)，
但(dan)絕不(bu)能開(kai)成AH、AL或(huo)BH、BL或(huo)CH、CL。此外(wai)因為電子零件總(zong)有開(kai)關(guan)的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間，所以(yi)功率晶(jing)體(ti)管在關(guan)與開(kai)的(de)交(jiao)錯(cuo)時(shi)間要將(jiang)零件的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間考慮(lv)進(jin)去，否(fou)則當(dang)上臂(bi)(或(huo)下臂)尚未*關(guan)閉(bi)，下臂(或(huo)上臂(bi))就已(yi)開(kai)啟(qi)，結果(guo)就(jiu)造(zao)成上、下臂短(duan)路(lu)而(er)使(shi)功率晶(jing)體(ti)管燒(shao)毀(hui)。
當(dang)電機轉(zhuan)動起來，控(kong)制部(bu)會再(zai)根(gen)據(ju)驅(qu)動器設定(ding)的(de)速度(du)及(ji)加(jia)/減速率所(suo)組成的(de)命(ming)令(ling)(Command)與(yu)hall-sensor信號變化(hua)的(de)速度(du)加(jia)以比(bi)對(dui)(或(huo)由軟(ruan)件運算)再來決(jue)定(ding)由下壹組(zu)(AH、BL或(huo)AH、CL或(huo)BH、CL或(huo)……)開(kai)關(guan)導通(tong)，以(yi)及(ji)導(dao)通(tong)時(shi)間(jian)長(chang)短(duan)。速度(du)不(bu)夠(gou)則開(kai)長(chang)，速度(du)過頭則減短(duan)，此部(bu)份(fen)工作(zuo)就由PWM來完成。PWM是決(jue)定(ding)電機轉(zhuan)速快(kuai)或(huo)慢的(de)方式(shi)，如(ru)何產生這樣的(de)PWM才是(shi)要達到較速度(du)控(kong)制的(de)核心。高(gao)轉(zhuan)速的(de)速度(du)控(kong)制必(bi)須考(kao)慮(lv)到系(xi)統的(de)CLOCK 分(fen)辨(bian)率是(shi)否(fou)足以(yi)掌(zhang)握(wo)處(chu)理軟(ruan)件指(zhi)令的(de)時(shi)間(jian)，另(ling)外對(dui)於(yu)hall-sensor信號變化(hua)的(de)資(zi)料存取方式(shi)也影響(xiang)到處理器效能與(yu)判(pan)定(ding)正確(que)性(xing)、實(shi)時性(xing)。至(zhi)於(yu)低轉(zhuan)速的(de)速度(du)控(kong)制尤其(qi)是低(di)速起動則因為回傳的(de)hall-sensor信號變化(hua)變(bian)得更(geng)慢，怎(zen)樣(yang)擷(xie)取(qu)信號方式(shi)、處理時機以及(ji)根(gen)據(ju)電機特性(xing)適(shi)當(dang)配(pei)置控制參(can)數(shu)值就(jiu)顯(xian)得非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。或(huo)者(zhe)速度(du)回(hui)傳改(gai)變以encoder變化(hua)為(wei)參(can)考(kao)，使(shi)信號分辨(bian)率增(zeng)加(jia)以期(qi)得到更(geng)佳的(de)控(kong)制。電機能夠(gou)運轉(zhuan)順暢而(er)且(qie)響(xiang)應(ying)良(liang)好，P.I.D.控制的(de)恰(qia)當(dang)與(yu)否(fou)也無法忽(hu)視。之(zhi)前(qian)提到直流(liu)無(wu)刷電機是閉(bi)回路(lu)控制，因此回(hui)授(shou)信號就等於(yu)是告(gao)訴控(kong)制部(bu)現(xian)在電機轉(zhuan)速距(ju)離目標(biao)速度(du)還(hai)差(cha)多少(shao)，這就是誤(wu)差(cha)(Error)。知道了誤(wu)差(cha)自(zi)然(ran)就(jiu)要(yao)補償(chang)，方式(shi)有傳統的(de)工程(cheng)控制如(ru)P.I.D.控(kong)制。但(dan)控(kong)制的(de)狀(zhuang)態(tai)及環(huan)境(jing)其(qi)實(shi)是(shi)復(fu)雜多變(bian)的(de)，若(ruo)要(yao)控(kong)制的(de)堅(jian)固耐用(yong)則(ze)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)因素恐怕(pa)不(bu)是傳統的(de)工程(cheng)控制能*掌(zhang)握(wo)，所(suo)以模糊(hu)控(kong)制、專(zhuan)家系(xi)統及神(shen)經(jing)網絡(luo)也將(jiang)被納(na)入成為智(zhi)能型P.I.D.控制的(de)重(zhong)要(yao)理(li)論。