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電機(jī)堵轉(zhuǎn)的原因及解決方法

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作為無刷電機(jī)驅(qū)動方案開發(fā)商,我們開發(fā)了無數(shù)款無刷電機(jī)驅(qū)動方案。不久前有個粉絲在我們的后臺留言,希望我們講講“電機(jī)堵轉(zhuǎn)”這個問題?!半姍C(jī)堵轉(zhuǎn)”對于有經(jīng)驗的工程師來說是很簡單的,是電機(jī)驅(qū)動中最為常見且必要的保護(hù)之一。那么我們下面就圍繞“電機(jī)堵轉(zhuǎn)”問題展開講講吧。

首先我們來了解什么是“堵轉(zhuǎn)”?

1.電機(jī)堵轉(zhuǎn)的意思:電機(jī)轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)動。

2.堵轉(zhuǎn)的原因分為兩種:機(jī)械的和人為的。由于電機(jī)負(fù)載過大、拖動的機(jī)械故障、軸承損壞掃堂等原因引起的電動機(jī)無法啟動或停止轉(zhuǎn)動。

3.電機(jī)堵轉(zhuǎn)的狀況:電機(jī)堵轉(zhuǎn)時功率因數(shù)極低,堵轉(zhuǎn)電流可達(dá)7倍額定電流,時間稍長就會燒壞電機(jī)。因此,電視的一股性試驗就包括堵轉(zhuǎn)試驗這一項。

所謂堵轉(zhuǎn),其本質(zhì)意思是電機(jī)被堵住不轉(zhuǎn)了。被誰堵???當(dāng)然是大負(fù)載。白話一點就是:電機(jī)被大負(fù)載堵住了,轉(zhuǎn)不動了。堵轉(zhuǎn)時,因為電機(jī)不再轉(zhuǎn)動,所有電能全部消耗在電機(jī)定子線圈上。結(jié)果如下:

(1)過流燒毀:如果電流超過定子線圈或者功率管的最大承受電流,那么將直接將電機(jī)或者功率管燒毀。

(2)過溫?zé)龤В?/strong>如果電流較小,那么定子線圈或者功率管會因恒定導(dǎo)通而發(fā)熱發(fā)燙,也可能被燒毀。

由此可見,堵轉(zhuǎn)保護(hù)何等重要。

堵轉(zhuǎn)保護(hù)常見分類:

(1)堵轉(zhuǎn)電流保護(hù)

(2)堵轉(zhuǎn)相位保護(hù)

(3)多級堵轉(zhuǎn)電流保護(hù)

堵轉(zhuǎn)電流保護(hù)

堵轉(zhuǎn)電流保護(hù)定義:在六步換相法驅(qū)動電機(jī)的過程中,任意相位恒定持續(xù)一定時間且電流超過一定值,我們認(rèn)為堵轉(zhuǎn)電流發(fā)生,立刻停機(jī)。

該保護(hù)其實很好理解,電流太大還持續(xù)很長時間,那么肯定得停機(jī)。至于堵轉(zhuǎn)時間和電流要根據(jù)功率管和電機(jī)定子線圈能承受電流的能力而定。我的個人經(jīng)驗,堵轉(zhuǎn)電流不應(yīng)太大,大致設(shè)置在額定電流的1/3以下;堵轉(zhuǎn)時間也不要設(shè)置太長,可以參考電機(jī)最低轉(zhuǎn)速時單相時間的1.5倍或者2倍。

在很多電機(jī)產(chǎn)品的規(guī)格書中,為了提高所謂產(chǎn)品的帶負(fù)載能力,經(jīng)常要求在很大堵轉(zhuǎn)電流的情況下,堵轉(zhuǎn)時間還超過1秒鐘,2秒鐘,甚至好幾秒鐘等。我認(rèn)為這很危險且不合理。因為,如果負(fù)載在功率管或者電機(jī)功率范圍內(nèi),只要驅(qū)動參數(shù)沒問題,那么大概率是不會堵轉(zhuǎn)。既然發(fā)生了堵轉(zhuǎn),那么大概率是負(fù)載超過了功率管或者電機(jī)的功率范圍,后者是驅(qū)動參數(shù)需要優(yōu)化。因此,不應(yīng)該再讓功率管或者電機(jī)超負(fù)荷工作,這很容易燒毀功率管或者電機(jī),而是應(yīng)該立即停機(jī)保護(hù),或者優(yōu)化驅(qū)動參數(shù)。

堵轉(zhuǎn)電流保護(hù)波形如下圖:

其利天下技術(shù)無刷電機(jī)驅(qū)動方案2.png

通道1、2、3是端電壓波形,通道4是總線電流波形。電機(jī)剛轉(zhuǎn)動,通道1和3恒定導(dǎo)通,便發(fā)生了堵轉(zhuǎn)。此時,堵轉(zhuǎn)電流較大,堵轉(zhuǎn)時間持續(xù)20ms后停機(jī)保護(hù)。

堵轉(zhuǎn)相位保護(hù)

堵轉(zhuǎn)相位定義:在六步換相法驅(qū)動電機(jī)的過程中,任意相位恒定持續(xù)一定時間,我們認(rèn)為堵轉(zhuǎn)相位發(fā)生,立刻停機(jī)。換句話說,只要不換相了,或者說,換相條件一直不滿足了,都應(yīng)該要停機(jī)。

絕大多數(shù)同學(xué)只聽過或者做過堵轉(zhuǎn)電流保護(hù),卻很少聽過更沒做過堵轉(zhuǎn)相位保護(hù)。這不奇怪,因為這個保護(hù)是我做電機(jī)驅(qū)動過程中發(fā)明的。在一次堵轉(zhuǎn)調(diào)試過程中,明明電流很小,但是功率管卻冒了青煙。反復(fù)思考后,才發(fā)現(xiàn)是因為電流太小沒有觸發(fā)堵轉(zhuǎn)電流保護(hù),但是功率管因恒定導(dǎo)通持續(xù)發(fā)熱,最終因過溫而燒毀。你是否遇到過?如果你不信,你可以開10%PWM占空比(讓電流小到無法觸發(fā)堵轉(zhuǎn)電流保護(hù))恒定導(dǎo)通任意一相。試一試?

其利天下技術(shù)無刷電機(jī)驅(qū)動方案3.png

通道1、2、3是端電壓波形,通道4是總線電流波形。電機(jī)剛轉(zhuǎn)動,通道1和3恒定導(dǎo)通,便發(fā)生了堵轉(zhuǎn)。此時,雖然電流很小,堵轉(zhuǎn)時間持續(xù)30ms后依然停機(jī)保護(hù)。

細(xì)心的同學(xué)一定已發(fā)現(xiàn),堵轉(zhuǎn)相位保護(hù)的時間要比堵轉(zhuǎn)電流保護(hù)的要長。這道理很容易理解:小電流長時間,大電流短時間。

多級堵轉(zhuǎn)電流保護(hù)

多級堵轉(zhuǎn)電流保護(hù),顧名思義,就是堵轉(zhuǎn)電流保護(hù)的升級版。可以設(shè)計多檔堵轉(zhuǎn)電流保護(hù),多級保護(hù)并發(fā)執(zhí)行,互不干涉,任意一級條件滿足則立馬停機(jī)保護(hù)。

在一些大電流的應(yīng)用場景,比如50A以上。由于堵轉(zhuǎn)發(fā)生的時間是隨機(jī),所以在任意電流大小的情況下,都可能發(fā)生堵轉(zhuǎn)。比如,30A,40A,50A等。那么根據(jù)原理:小電流長時間,大電流短時間,多級堵轉(zhuǎn)電流保護(hù)就誕生了。比如,堵轉(zhuǎn)電流50A以上,持續(xù)5ms,停機(jī)保護(hù); 堵轉(zhuǎn)電流40A以上,持續(xù)10ms,停機(jī)保護(hù);堵轉(zhuǎn)電流30A以上,持續(xù)15ms,停機(jī)保護(hù)。原理歸根結(jié)底還是:小電流長時間,大電流短時間。

當(dāng)然,在一些電流不太大的情況下,或者只用堵轉(zhuǎn)相位保護(hù)和堵轉(zhuǎn)電流保護(hù)就可以滿足產(chǎn)品功能要求,那么多級堵轉(zhuǎn)電流保護(hù)也就沒必要了。

(1)堵轉(zhuǎn)保護(hù)是電機(jī)驅(qū)動中不可缺少的保護(hù)。

(2)堵轉(zhuǎn)保護(hù)的電流和時間,需要根據(jù)功率管和電機(jī)功率進(jìn)行綜合評估。一味按照產(chǎn)品功能設(shè)置,一定燒板或者燒機(jī)。

(3)堵轉(zhuǎn)相位保護(hù)很容易被大家忽略,值得提醒大家引起重視。

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