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5.3 Engineer It: Understanding basic sensored BLDC motor operation
[MUSIC PLAYING] Hello. I'm Michael Firth, product marketing manager for Texas instruments motor drive products. Today I'm here in Kilby Motor Lab. And I want to spend a little time discussing the basic operation of a BLDC motor. I'm going to focus in on a sensored architecture. To begin the discussion, let's first take a look at the electromagnet. So in this slide here, you see the BLDC stator. Now, this is the stationary part of the motor. It's got 12 electromagnets. Each one of those electromagnets is just a wound coil. And when you wind the coil in a helical manner, you generate a magnetic field along the axis of that coil. That magnetic field, the strength is proportional both to the turns and to the amount of current flowing through that coil. Now, one of the really cool things about an electromagnetic is you can change the polarity by simply reversing the direction of the current. So in this example, we've got current entering at the top. And it's generating a north pole at the top of the electromagnetic. If I were to reverse that current direction, basically have the current exiting at the top, I would generate the north pole at the bottom of that electromagnet. Now let's take a look at how these electromagnets are used to spin a motor. So here we've got the stator again. We've got six poles this time. We've got basically three pole pairs. And one of the first things to point out is how it's wound. And the way they wound these motors is they use a single winding to create a pole pair. So for example, A and A bar are actually the same winding. Each one of those, A and A bar, will create an opposite polarity. So a north and a south pole. If you add the rotor, the rotor is a permanent magnet. And it's typically ever made up of some type of ferromagnetic material or rare earth material. It just depends upon the requirements of the motor in terms of performance, and size, and cost. To get that rotor to rotate, you need to commutate the stator field such that the rotor is always chasing that magnetic field. That sounds pretty complicated, but it's actually pretty simple. You just simply turn on in sequence different pole pairs. So to get that rotor to advance from A to C bar, what you need to do is you to turn the current often in A and A bar, and turn the current on in C bar and C, creating a north and south electromagnetic pole. And that rotor then is attracted to it, and you get rotation. Now, you just simply repeat this six times, the three here, the six step commutation. And that rotor will rotate 360 degrees. Now, the trick is when you turn on that adjacent pole? So you've got no positional information in the diagram shown here, right? You don't know where that rotor is at. So you don't know when you're supposed to turn on that next magnetic pole. The turning on, the timing is extremely critical. You want to always maximize the torque. And if you turn on that field too early or too late, you're going to have performance issues. So what typically happens is they add sensors to the system. Some of the more common sensors are resolvers, optical encoders, hall effects. Resolvers are typically in military, heavy industrial applications. They're fairly expensive. Extremely high precision. Optical encoders are more popular. But I would say hall effects for commutation are definitely the most popular as due to a low cost. And again, what these encoders do is they give you that rotor position information. So your system knows the position of the rotor. And then it knows when to turn on those electromagnets. Well, I hope this video was helpful. And stay tuned for the next installment where we'll actually talk about sensorless BLDC operation. If you've got any additional questions or looking for information, please see our website at www.ti.com/motor. Or if you're interested actually in spinning some motors with BLDC drivers, take a look at our DRV8313. It's our latest three-phase BLDC driver. 2 and 1/2 amps. And It's available on the web. Thank you for your time, and good luck spinning those motors. [MUSIC PLAYING] [音乐播放] 大家好。 我是 Michael Firth， 德州仪器 (TI) 电机驱动产品的产品营销经理。 今天，我所在的位置是 Kilby 电机实验室。 我想花点时间谈一谈 BLDC 电机的 基本操作。 我将重点介绍有传感器架构。 开始讨论前，我们先 看一下电磁体。 在这张幻灯片中，您会看到 BLDC 定子。 现在，这是电机的固定部分。 它有 12 个电磁体。 每个电磁体都是一个绕组线圈。 当您将这些线圈以螺旋方式转动时， 将会沿该线圈的轴生成磁场。 该磁场的强度 与匝数和流经 该线圈的电流大小成正比。 现在，对于电磁体来说， 其中一件非常绝妙的事情是， 您只需反转电流方向即可 改变极性。 因此，在此示例中， 我们得到了顶部输入的电流。 它在电磁体的顶部生成了 北极。 如果我要反转电流方向， 主要是顶部存在的电流， 我将在该电磁体的底部生成 南极。 现在我们来看一下 如何使用这些电磁体 来旋转电机。 这样，我们再回到定子。 这一次共有六个极。 我们大致得到了三个极对。 首先要指出的一点是， 它们如何旋转。 它们使电机旋转的方式是， 利用单绕组形成一个极对。 例如，A 和 A' 实际上是同一个绕组。 A 和 A' 将分别 形成相反的极性。 一个北极和一个南极。 如果要添加转子，转子应为永磁体。 转子通常由某种类型的 铁磁材料或稀土材料制成。 具体取决于电机在 性能、大小和成本方面的 要求。 要让转子旋转， 您需要变换定子磁场的方向， 以便使转子始终 追逐磁场。 这听起来相当复杂， 但实际上极其简单。 您只需按顺序开启不同的极对。 因此，要让转子沿 A 至 C' 前进， 您需要做的 是在 A 和 A' 中开启电流， 随后在 C' 和 C 中开启电流， 即可形成电磁体的北极和南极。 随后该转子会被磁场吸引，电机便开始旋转。 现在，您只需重复这种操作六次， 即六步换向。 转子便会旋转 360 度。 现在，问题是何时开启相邻的极？ 这里的图中没有显示 位置信息，对吧？ 您不知道转子处于哪个位置。 因此，您不知道应该何时开启 下一个磁极。 开启的时机极为关键。 您想要始终最大限度提高转矩。 而如果您过早或过晚开启该磁场， 将出现性能问题。 因此，他们通常是向系统中添加传感器。 一些比较常见的传感器是分析器、 光编码器、霍尔效应传感器。 解析器通常用于军事和重工业 应用。 它们相当昂贵。 精度极高。 光编码器更为流行。 但我想说的是， 由于适合换向的霍尔效应传感器成本较低， 因此无疑是最受欢迎的。 另外，这些编码器 还可为您提供转子位置信息。 因此您的系统可以了解转子的位置。 随后系统可了解何时开启这些电磁体。 我希望本视频能有所帮助。 请继续收看下一部分， 我们实际上将讨论无传感器 BLDC 运行。 如果您有其他问题 或需要查找信息， 敬请访问我们的网站 www.ti.com/motor。 或者如果您实际上对 使用 BLDC 驱动器旋转某些电机感兴趣， 请看一下我们的 DRV8313。 这是我们最新的三相 BLDC 驱动器。 2 A 和 1/2 A。 网站上已提供相关信息。 感谢观看， 祝您在旋转这些电机时 进展顺利。 [音乐播放] [音乐播放] 大家好。 我是 Michael Firth， 德州仪器 (TI) 电机驱动产品的产品营销经理。 今天，我所在的位置是 Kilby 电机实验室。 我想花点时间谈一谈 BLDC 电机的 基本操作。 我将重点介绍有传感器架构。 开始讨论前，我们先 看一下电磁体。 在这张幻灯片中，您会看到 BLDC 定子。 现在，这是电机的固定部分。 它有 12 个电磁体。 每个电磁体都是一个绕组线圈。 当您将这些线圈以螺旋方式转动时， 将会沿该线圈的轴生成磁场。 该磁场的强度 与匝数和流经 该线圈的电流大小成正比。 现在，对于电磁体来说， 其中一件非常绝妙的事情是， 您只需反转电流方向即可 改变极性。 因此，在此示例中， 我们得到了顶部输入的电流。 它在电磁体的顶部生成了 北极。 如果我要反转电流方向， 主要是顶部存在的电流， 我将在该电磁体的底部生成 南极。 现在我们来看一下 如何使用这些电磁体 来旋转电机。 这样，我们再回到定子。 这一次共有六个极。 我们大致得到了三个极对。 首先要指出的一点是， 它们如何旋转。 它们使电机旋转的方式是， 利用单绕组形成一个极对。 例如，A 和 A' 实际上是同一个绕组。 A 和 A' 将分别 形成相反的极性。 一个北极和一个南极。 如果要添加转子，转子应为永磁体。 转子通常由某种类型的 铁磁材料或稀土材料制成。 具体取决于电机在 性能、大小和成本方面的 要求。 要让转子旋转， 您需要变换定子磁场的方向， 以便使转子始终 追逐磁场。 这听起来相当复杂， 但实际上极其简单。 您只需按顺序开启不同的极对。 因此，要让转子沿 A 至 C' 前进， 您需要做的 是在 A 和 A' 中开启电流， 随后在 C' 和 C 中开启电流， 即可形成电磁体的北极和南极。 随后该转子会被磁场吸引，电机便开始旋转。 现在，您只需重复这种操作六次， 即六步换向。 转子便会旋转 360 度。 现在，问题是何时开启相邻的极？ 这里的图中没有显示 位置信息，对吧？ 您不知道转子处于哪个位置。 因此，您不知道应该何时开启 下一个磁极。 开启的时机极为关键。 您想要始终最大限度提高转矩。 而如果您过早或过晚开启该磁场， 将出现性能问题。 因此，他们通常是向系统中添加传感器。 一些比较常见的传感器是分析器、 光编码器、霍尔效应传感器。 解析器通常用于军事和重工业 应用。 它们相当昂贵。 精度极高。 光编码器更为流行。 但我想说的是， 由于适合换向的霍尔效应传感器成本较低， 因此无疑是最受欢迎的。 另外，这些编码器 还可为您提供转子位置信息。 因此您的系统可以了解转子的位置。 随后系统可了解何时开启这些电磁体。 我希望本视频能有所帮助。 请继续收看下一部分， 我们实际上将讨论无传感器 BLDC 运行。 如果您有其他问题 或需要查找信息， 敬请访问我们的网站 www.ti.com/motor。 或者如果您实际上对 使用 BLDC 驱动器旋转某些电机感兴趣， 请看一下我们的 DRV8313。 这是我们最新的三相 BLDC 驱动器。 2 A 和 1/2 A。 网站上已提供相关信息。 感谢观看， 祝您在旋转这些电机时 进展顺利。 [音乐播放]
Watch the next video in the series:
Engineer It: How to simplify your motor drive solution
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Date:
March 24, 2016
Learn the basic operation of a BLDC motor.
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