調速馬達/無刷馬達 無刷馬達結構及動作原理
無刷馬達的構造
無刷馬達內建磁性元件或光學編碼器，用於偵測轉子位置。位置偵測器向驅動電路發送信號。無刷馬達繞組採用三相「星」接法接線。轉子採用永久磁鐵。
檢測磁性元件採用霍爾IC。定子內側設有 3 個元件，當轉子轉動時，每個霍爾IC 都會輸出數位信號。
無刷馬達驅動方式
馬達線圈連接開關電晶體，其中6個電晶體構成變頻器。頂部和底部電晶體依照預定順序導通和截止，以改變繞組中電流的方向。無刷馬達旋轉的機制可以描述如下：
在電晶體開關時序的步驟[1]中，如下圖所示，電晶體Tr1和Tr6處於導通狀態。此時繞組電流由U相流向W相，將U、W分別激磁至N、S極。這導致轉子旋轉 30°。重複此操作 12 次後，轉子旋轉 1 圈。
各個電晶體的開關順序
| [1] | [2] | [3] | [4] | [5] | [6] | [7] | [8] | [9] | [10] | [11] | [12] | [13] | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tr1 | ON | ON | ON | ON | ON | ||||||||
| Tr2 | ON | ON | ON | ON | |||||||||
| Tr3 | ON | ON | ON | ON | |||||||||
| Tr4 | ON | ON | ON | ON | |||||||||
| Tr5 | ON | ON | ON | ON | |||||||||
| Tr6 | ON | ON | ON | ON | ON | ||||||||
| U相 | N | − | S | S | − | N | N | − | S | S | − | N | N |
| V相 | − | N | N | − | S | S | − | N | N | − | S | S | − |
| W相 | S | S | − | N | N | − | S | S | − | N | N | − | S |
無刷馬達的控制方法
無刷馬達的驅動電路與馬達連接，如圖結構主要由6塊組成。
電源電路（轉換器部）
電源電路透過二極體電橋整流和電容器平滑，將來自商用交AC電源的AC電壓轉換為DC電壓。DC電壓提供給輸出電路，用於驅動馬達。
DC電源輸入無刷馬達沒有電源電路。DC電壓由直流電源直接提供給輸出電路。
速度控制器
速度控制器將速度指令與速度轉換器輸出的馬達轉速（Velocity actual value）進行比較，並輸出電壓指令，使馬達轉速跟隨速度指令。
使用速度指令和轉速Velocity actual value資訊的控制系統稱為速度環。
速度控制器
速度控制器將霍爾IC輸出的頻率轉換為Velocity actual value，並將其輸出至速度控制器。
三相無刷馬達有3個霍爾IC，為轉子磁極的每對N極和S極輸出3個脈波信號。透過偵測脈波信號的上下沿，得到6個信號。
激磁信號產生器
激磁信號產生器指示電源控制器輸出電路中的 6 個開關元件中的哪一個將承載電流。
如圖所示，透過組合馬達內部的霍爾IC（Ha、Hb 和 Hc）的輸出信號來偵測轉子磁極角。連接到轉矩產生繞組的開關元件響應於旋轉方向的方向被引導到轉矩控制器。
電壓控制器
電壓控制器輸出信號，將速度控制器指令的電壓施加到激磁訊號產生器所指示的輸出電路的開關元件。
輸出電路（變頻器）
輸出電路根據電壓控制器的命令對馬達線圈進行PWM控制。