Other Parts Discussed in Post: DRV10983-Q1

作者:德州儀器 Matt Hein

(本文最初發表於Planet Analog) 

還記得在本系列的第一部分中,留給您一張漂亮圖表和表格嗎?在第二部份中,讓我更詳細地介紹三種馬達類型:速度、轉矩和位置。

速度

當馬達系統的主要功能是以恆定或可變速度運行時,它屬於速度類別。這些系統被稱為風扇、鼓風機或泵,因其系統中主要負載是空氣、氣體或流體。在這個類別中的應用包括吊扇真空吸塵器鼓風機(圖一)、通風機鼓風機汽車泵(燃料、油和水)。

圖一:真空吸塵器中使用速度控制的鼓風機馬達

設計人員選擇無刷直流馬達用於速度控制系統,以實現安靜的性能(與有刷直流馬達相比)、大功率驅動能力(與有刷直流和步進馬達相比)或高速運行(與有刷直流和步進馬達相比)。

相對而言,速度控制是三種控制方案中最簡單的一種,因為控制施加在馬達上的電壓等同於控制其速度。對無刷直流馬達控制器而言,這代表可以輕鬆地將馬達控制演算法整合到馬達驅動器中,並用於其他多種應用上。您可以在許多速度控制系統中看見無感測器的無刷直流馬達,因為馬達將產生一個反電動勢來量測位置。無感測器演算法幾乎能克服大的啟動負載。TI DRV10983-Q1 就是一個範例,整合速度控制的無感測器正弦風扇驅動器。

轉矩

轉矩馬達的主要目的是施加一些旋轉力。在這種情況下,負載是固體。轉矩控制系統的範例包括無繩電鑽、汽車車身馬達(例如電動車窗)或電動自行車。

轉矩是三者中最令人困惑的類別,其相關應用非常容易被看成是位置或速度控制馬達。比如以下汽車電動座椅(見圖 2)就是一個很好的例子。乘客可使用開關來調整座椅的位置,向前、向後、向上或向下地移動座椅。然而馬達系統並不能控制座椅的目標位置—駕駛員或乘客才是!電動座椅馬達會施加一定的轉矩來確保座椅沿正確的方向移動。由使用者決定何時停止移動。實際上,馬達被命令來移動座椅。

 

圖二:汽車中的電動座椅為轉矩控制系統

在轉矩系統中,目標是在給定尺寸限制的情況下提供盡可能多的機械轉矩。與有刷直流馬達相比,設計人員選擇無刷直流馬達用於轉矩控制系統以實現更高的功率輸出和更高的功率密度。由於效率較低,步進馬達很少用於轉矩控制系統。

轉矩系統比速度控制系統更難實施。在某些情況下,您可以使用感測器方法將簡單的控制整合到驅動程序中。如果馬達沒有失速並且軸上有足夠的齒輪,則可以實現轉矩系統的無感測器控制。但是,如果您的系統在零速時需要很大的轉矩,那麼無感測器將無法工作。TI 用於三相 BLDC 馬達的 36V1kW99% 效率、18cm2 功率級參考設計是實現 36V、1kW 馬達的傳感梯形控制的轉矩系統示範。

位置

定位馬達將物體移動到某個位置並將其保持在該特定位置。位置控制迴路必須始終處於活動狀態,尤其是在馬達靜止時,以確保正確的位置。伺服驅動器是此類系統的常見名稱。PTZ控制Pan-tilt-zoom)攝像機舞檯燈光設備(如圖 3 所示)、工業機器人平衡環架(gimbals都屬於這一類。

圖三: 伺服驅動器所控制的舞檯燈光設備

與有刷直流馬達和步進馬達相比,設計人員選擇無刷直流馬達用於位置控制系統以實現更高的功率輸出和更高的效率。

從控制和傳感的角度來看,位置控制系統是最難實現的。由於伺服驅動器必須以零速運行才能保持位置,因此無感測器不是一種選擇。高精度位置控制迴路還需要大量的處理和配置,從而導致一些密集的計算要求。TI 用於伺服驅動器的具有智能柵極驅動器參考設計的 48V/500W 三相逆變器實現了一個位置控制系統,該系統具有基於編碼器的 48V、500W 馬達的磁場定向控制。

結論

所有這一切意味著什麼—除了我以不同的方式對馬達進行分類(馬特的馬達分類法,有人知道嗎?)。這種馬達目錄可以幫助您從不同的角度看待馬達問題—例如,安靜運行對於無刷直流馬達來說不是問題,但對於使用速度控制的應用來說卻是一個問題。速度、轉矩和位置驅動所有三個領域的獨立技術研發,因為這三種馬達類型的主要關注點根本不同。這種分類方案也可能有助於推動整合傳統上非常分歧領域。速度控制在整合解決方案中的應用過多,而轉矩和位置的選擇相對較少。儘管挑戰各不相同,但似乎有機會創造出當今不存在的獨特解決方案。

你怎麼看?速度、轉矩和位置的概念是否與您產生共鳴?請在評論中告訴我!

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