無(wú)感無(wú)刷電機(jī)基礎(chǔ)

1、 無(wú)感無(wú)刷直流電機(jī) 根底原理 作者 永夜極光 技術(shù)探討QQ 542255641 刖 曰 1.1. 本文主要講解無(wú)感無(wú)刷直流電機(jī)的根底原理局部，后續(xù)深入理解強(qiáng)烈推薦 2.2. 如果發(fā)現(xiàn)我哪些內(nèi)容講錯(cuò)了，請(qǐng)加 QQQQ 不吝指正。 永夜極光 20212021 年 2 2 月 1.無(wú)刷直流電機(jī)根底知識(shí) 1.1三個(gè)根本定那么 搞電調(diào)不是設(shè)計(jì)電機(jī)，不要被無(wú)刷電機(jī)教材的磁路、 磁導(dǎo)率、去磁曲線等術(shù)語(yǔ)嚇倒, 那些東西對(duì)搞電調(diào)的人來(lái)說(shuō)，意義不大。對(duì)入門開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，只需要記牢三個(gè)根本定 那么：左手定那么，右手定那么，右手螺旋定那么 。 1.1.1左手定那么-通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到力的作用 導(dǎo)體受力方向 1.1.

2、伸開(kāi)左手，使大拇指和其余四指垂直 2.2. 把手心面向 N N 極，四指順著電流的方向，那么大拇指所指方 向就是導(dǎo)體受力方向。 力的大小：F = BILsin 0F = BILsin 0 B B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度單位 T T I I 為電流大小單位 A A L L 為導(dǎo)體有效長(zhǎng)度單位 m m F F 為力的大小單位 N N, ,。為：B B 和 I I 的夾角。 1.1.2. 右手定那么-導(dǎo)體切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 電動(dòng)勢(shì)大?。篍 = vBLsin 0E = vBLsin 0 v v 為導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度單位 m/sm/s B B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度單位 T T L L 為導(dǎo)體長(zhǎng)度單位 m m 。為 B

3、 B 和 L L 的夾角。 右手定那么右手定那么左手定那么左手定那么 1.1.3. 右手螺旋定那么-通電螺線管能夠產(chǎn)生磁場(chǎng) 磁場(chǎng)方向 1.1. 右手握住通電螺線管 2.2. 使四指彎曲與電流方向一致 3.3. 大拇指所指的那一端就是通電螺旋管的 N N 極。 1.1.4.磁鐵靜止時(shí)的指向 靜止時(shí)，條形磁鐵方向與磁場(chǎng)方向相同右手蟲(chóng)瓢定那 1.2電機(jī)根本概念 電動(dòng)機(jī)：電動(dòng)機(jī)也叫馬達(dá)，電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī) 械能的部件。 轉(zhuǎn)子：電動(dòng)機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的局部。 定子：電動(dòng)機(jī)工作時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)的局部。 內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)：轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)部 外轉(zhuǎn)子電機(jī)：轉(zhuǎn)子在定子外部 繞組：繞組就是定子或者轉(zhuǎn)子上的線圈，通電后就會(huì)形成一定 的

4、磁場(chǎng)，從而推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 磁極結(jié)構(gòu)：后文的磁極只標(biāo)明了外表的磁極，省略了不起作用的磁極 極數(shù):N:N 極,S S 級(jí)的總數(shù)，右圖電機(jī)有 6 6 極 極對(duì)數(shù)：一個(gè)南極S S 極，一個(gè)北極N N 極，算一對(duì)磁極 極對(duì)數(shù)= =級(jí)數(shù)+ 2,2,右圖電機(jī)有 3 3 極對(duì) 機(jī)械角度：就是數(shù)學(xué)中的“空間幾何角度，恒等于 360360 度。 電角度：磁場(chǎng)每轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)磁極，導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)變化一個(gè)周期，定義一 個(gè)周期為 360360電角度。 電角度=機(jī)械角度*極對(duì)數(shù) 假設(shè)電機(jī)有 K K 對(duì)極，那么整個(gè)定子內(nèi)圓有 K*360 K*360 電角度，右圖電機(jī)有 4 4 對(duì)極，因此一圈是 360360機(jī)械角度，1440 144

5、0 電角度 死點(diǎn)：轉(zhuǎn)子在這些位置，電機(jī)無(wú)啟動(dòng)力矩 一般是轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)方向平行 電壓 KVKV 值：輸入電壓每增加 1 1 伏特，無(wú)刷電機(jī) 空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加值 轉(zhuǎn)速=KV*=KV*電壓 1.1. 比方 KV=1000,KV=1000,那么當(dāng)輸入電壓 10V10V 時(shí)，空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速就是 10000rpm 10000rpm rpm= rpm= 轉(zhuǎn)/分鐘 2.2. 同系列同外形尺寸的無(wú)刷電機(jī)，根據(jù)繞線匝數(shù)的多少， 會(huì)表現(xiàn)出不同的 KVKV 特性。繞線匝數(shù)多的， KVKV 值低，最高輸出電流小，扭力大；繞線匝數(shù) 少的，KVKV 值高，最高輸出電流大，扭力小。 霍爾傳感器：霍爾傳感器感應(yīng)磁場(chǎng)方向，并輸出上下

6、電平 1 1和 0 0，根據(jù)霍爾傳感器的 輸出值，就能確定轉(zhuǎn)子的位置。 破場(chǎng)強(qiáng)度 霍爾波形 開(kāi)環(huán):不將控制的結(jié)果反應(yīng)并影響系統(tǒng) 閉環(huán):將控制結(jié)果反應(yīng)并影響系統(tǒng) 1 軟啟動(dòng)：使 PWMPWM 勺占空比緩慢上升到設(shè)定值 N,P: NN,P: N 槽數(shù),P,P 極數(shù)，這與電機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān) 頓感：用手轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，可感覺(jué)到的一頓一頓的感覺(jué) 轉(zhuǎn)一周頓感的次數(shù) =N=N 和 P P 的最小公倍數(shù)。比方 12N8P12N8P 的電機(jī)，轉(zhuǎn)一周將感受 2424 次 頓感。頓感強(qiáng)的電機(jī)與頓感弱的電機(jī)相比，啟動(dòng)起來(lái)費(fèi)力一些 無(wú)感無(wú)刷電機(jī)：無(wú)感指沒(méi)有霍爾傳感器，無(wú)刷指沒(méi)有碳刷 1.3內(nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理 1.3.1

7、轉(zhuǎn)子磁鐵受力情況分析 i.i. 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向與外部磁場(chǎng)方向垂直 通電螺旋管產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁鐵受到力的作用 此時(shí)，轉(zhuǎn)子所受的力矩最大 不是力最大,轉(zhuǎn)子受力轉(zhuǎn)動(dòng) 力矩公式T= FLsin aT= FLsin a, ,此時(shí) sin a sin a =偽矩最大 ii.ii. 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向與外部磁場(chǎng)方向平行 此時(shí), ,磁鐵受力最大，力矩=0,=0,轉(zhuǎn)子不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) 力矩公式T= FLsin aT= FLsin a, ,此時(shí) sin a =0sin a =0，J J 矩最小 注意:N,S:N,S 極可以調(diào)換位置，力不變，斥力變成引力 iii.iii. 轉(zhuǎn)子從垂直位置轉(zhuǎn)到水平位置 由于慣性，還會(huì)繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)

8、改變電流方向，外部磁 場(chǎng)方向變化了，轉(zhuǎn)子就會(huì)繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣不斷改變螺 線管中的電流方向，那么轉(zhuǎn)子就會(huì)不停轉(zhuǎn)動(dòng)，改變電流方向 這個(gè)動(dòng)作就叫換相。 注意：何時(shí)換相只與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān)，而與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。 1.3.2.三相二極內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu) 實(shí)際電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，這里只對(duì)最簡(jiǎn)單的三相兩極電機(jī)原理進(jìn)行分析 ，多極電機(jī)的原理 是類似的。 1.1. 右圖顯示了定子繞組的聯(lián)結(jié)方式轉(zhuǎn)子未畫(huà)出， 三個(gè)繞組以“ Y Y型的方式被聯(lián)結(jié)在一起。整個(gè)電機(jī)就 引出三根線 A, B, C A, B, C 。 2.2. 當(dāng)三根線 A, B, CA, B, C 之間兩兩通電時(shí)，有 6 6 種情 況，分別是 AB, AC, B

9、C, BA, CA, CBAB, AC, BC, BA, CA, CB 3.3. 每次通電，根據(jù) 1.1.41.1.4 磁鐵靜止指向，轉(zhuǎn)子的 N N 極趨 向于與外部合磁場(chǎng)方向平行Star connection 1.3.3.轉(zhuǎn)動(dòng)原理 - 紅色線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向 藍(lán)色線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向 合場(chǎng)的方向 注意：轉(zhuǎn)子 N N 極始終趨向于與合磁場(chǎng)方向平行。 CACA相通電情心 轉(zhuǎn)一圈的換相次數(shù) 為了保持電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，需要不斷改變電流的方向，每完成一個(gè)電周期，需要換相 6 6 次，也就是每 6060。電 角度要換相一次(注意是電角度，不是機(jī)械角度) ) 2 2 級(jí)電機(jī)：1 1 圈=360=360。電角度，轉(zhuǎn)一

10、圈換相 360 + 60=6360 + 60=6 次 (b) AC(b) AC相通電情彬 (c) (c) BCBC相劉電怙它 (d)BA(d)BA相通電情陽(yáng) (f)CB(f)CB相逸電怙邪 圖(a)(a)中,AB,AB 相通電，轉(zhuǎn)子 N N 極會(huì)往 綠色箭頭 方向?qū)R，當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)圖 (a)(a)中綠色箭頭位置時(shí)，換 相( (N N ACAC 相通電) )，轉(zhuǎn)子就會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并往圖 (b)(b)中的綠色箭頭 方向?qū)R，當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)圖 (b)(b)中 ABAB 擔(dān)潢電弋卜 4 4 級(jí)電機(jī)：1 1 圈=720=720。電角度，轉(zhuǎn)一圈換相 720 + 60=12720 + 60=12 次 正反轉(zhuǎn) 改變通

11、電的順序就能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn) 1.4.換相位置 何時(shí)換相？ 換相的時(shí)候，力矩大小會(huì)突變，如果力矩波動(dòng)過(guò)大，電動(dòng)機(jī)就會(huì)抖動(dòng)，為了減少抖動(dòng)現(xiàn)象，就要讓力矩 平滑變化，因此換相的最正確位置：最大力矩處，落后 3030電角度(電角度，不是機(jī)械角度!)!) 為什么在最大力矩處，落后 3030電角度換相？ 因?yàn)槊?6060電角度換相一次，因此要讓力矩最大點(diǎn)位于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的中間時(shí)刻 ，那么在最大轉(zhuǎn)矩處落 后 30 30 電角度的位置換相，換相后轉(zhuǎn)子位置超前力矩最大處 3030。電角度，運(yùn)行 3030。電角度后轉(zhuǎn)矩 最大,再運(yùn)行 3030。電角度后換相，整個(gè) 6060。運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最小。 轉(zhuǎn)矩：力矩 力矩最大

12、位置：轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向與線圈合磁場(chǎng)方向垂直 一個(gè)電周期換相 6 6 次，轉(zhuǎn)矩變化圖像如下 格矩 箍幡電角度 旋蜂電角度 疏轉(zhuǎn)電角恒 60 多種換相位置的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分析 (1)(1)如果在轉(zhuǎn)矩為 0 0 時(shí)換相，那么每 6060電角度的轉(zhuǎn)矩的變化圖像如下 (2)(2)如果在最大轉(zhuǎn)矩處換相，那么每 6060電角度的轉(zhuǎn)矩的變化圖像如下 1 _ 旋椅電fts L 轉(zhuǎn)電曲愛(ài) 一個(gè)電周期換相 6 6 次，轉(zhuǎn)矩變化圖像如下 轉(zhuǎn)逅 3 3如果在轉(zhuǎn)矩最大處落后 3030電角度換相與磁場(chǎng)方向呈9090機(jī)械角度- -3030電角度, ,那么每 6060電角度的轉(zhuǎn)矩的變化圖如下 1 V I _ I _ 漆轉(zhuǎn)電角度 旌轉(zhuǎn)電有

13、度 _ 禎轅電角度 一個(gè)電周期換相 6 6 次，轉(zhuǎn)矩變化圖像如下 轉(zhuǎn)矩 綜上所述，在力矩最大處落后 3030電角度換相，力矩波動(dòng)最小 注意:不要混淆機(jī)械角度和電角度 假設(shè)是二級(jí)電機(jī)，那么換相時(shí)轉(zhuǎn)子 N N 極與磁場(chǎng)方向成 9090機(jī)械角度- -3030電角度3030機(jī)械角 度=60 =60 機(jī)械角度 假設(shè)是四級(jí)電機(jī)，那么換相時(shí)轉(zhuǎn)子 N N 極與磁場(chǎng)方向成 9090。機(jī)械角度- -3030電角度1515。機(jī)械角 度=75 =75 機(jī)械角度旋轉(zhuǎn)電角度 辟 轉(zhuǎn)拒 轉(zhuǎn)地 轉(zhuǎn)矩最大 轉(zhuǎn)矩I 轉(zhuǎn)拒 轉(zhuǎn)迅 1.5.獲取轉(zhuǎn)子位置 我們知道了轉(zhuǎn)子的最正確換相位置，但是只有知道轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置，再結(jié)合理論進(jìn)行判斷才

14、能正確換 相,如何知道轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置呢 ？ 有霍爾電機(jī)和無(wú)霍爾電機(jī)獲取轉(zhuǎn)子位置的方法并不同 ，有感無(wú)刷電機(jī)通過(guò) 霍爾傳感器獲取位置，無(wú) 感無(wú)刷電機(jī)有多種方法，常用反電動(dòng)勢(shì)法 有霍爾電機(jī)獲取轉(zhuǎn)子位置的方法 -讀取霍爾值 電機(jī)上裝了 3 3 個(gè)霍爾傳感器，根據(jù)不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度，霍爾傳感器的值為 圖所示。 3 3 個(gè)霍爾傳感器，共有 2*2*2=82*2*2=8 種組合 000 001 010 011 100 101 110 111000 001 010 011 100 101 110 111 其中 000,000,和 111111 是無(wú)效組合，剩下的 6 6 種組合，每種組合都確定了轉(zhuǎn)子的一個(gè)位置

15、無(wú)霍爾電機(jī)獲取轉(zhuǎn)子位置的方法 -反電動(dòng)勢(shì)法 反電動(dòng)勢(shì)法就是 測(cè)量第三相的反電動(dòng)勢(shì)，因?yàn)樵?ABAB 相通電時(shí)，A A，B B 兩相切割磁感線產(chǎn)生的反電 動(dòng)勢(shì)方向不變，未通電的一相CNCN反電動(dòng)勢(shì)方向會(huì)改變，如下列圖所示 反電動(dòng)勢(shì)：產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與&卜加電源的方向相反 ，所以叫反電動(dòng)勢(shì) C C 相電壓 Ec=CC Ec=CC 電動(dòng)勢(shì)+中點(diǎn)電壓 將中點(diǎn)電壓與 EcEc 電壓在比擬器中進(jìn)行比擬 ，比擬器輸出會(huì)在換相后 3 300電角度時(shí)發(fā)生跳變高電 電角度，到達(dá)了 t0t0 和 t1t1 中間的位置，只 成您電A V . I 1 1高電平，或 0 0低電平，如下 平變低電平，或低電平變高電

16、平，說(shuō)明轉(zhuǎn)子已轉(zhuǎn)過(guò) 30 30 要再等3030就可以換相了。 霍爾傳感器 略隔強(qiáng)移爾波形 to t 1 E E 旦 J J t 比擬器換相 跳變 一個(gè)電周期360360。電角度,3,3 相電機(jī)的電流和反電動(dòng)勢(shì)變化圖 1.6.換相策略與優(yōu)化 理論上比擬器跳變之后 3030。電角度換相，問(wèn)題是電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò) 3030。電角度到底要多久時(shí)間 ？實(shí)際上到 底何時(shí)換相呢？ 方法一：認(rèn)為電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄 ABAB 通電到 C C 相過(guò)零的時(shí)間 t,t,后半段所需時(shí)間也是 t t 方法二：檢測(cè)到過(guò)零事件后，直接換相 ，此方法損失一點(diǎn)效率，但控制簡(jiǎn)單 如何控制好換相時(shí)刻來(lái)提高電機(jī)效率 ？ 定子產(chǎn)生的任意方向磁場(chǎng)都

17、可以被分解平行和垂直于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向的 正交的磁場(chǎng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，平行的磁場(chǎng)產(chǎn)生對(duì)軸承的壓力 ，因此，一個(gè)高效的 無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功能就是 減少相互平行磁場(chǎng) ，讓相互正交的磁場(chǎng)最大 化。 矢量控制法 通過(guò)上面的分析，我們發(fā)現(xiàn)每 6060。換相一次，效率依然很低，進(jìn)一步提高效率的方法就是矢量 控制法。 固定的通電線圈產(chǎn)生固定的磁場(chǎng)方向，這完全由通過(guò)線圈的磁通大小和流經(jīng)線圈的電流相互作 用決定的。三組線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)形成一個(gè)合磁場(chǎng) ，通過(guò)不斷改變每相線圈的電流大小 ，從而改變合 磁場(chǎng)的方向，讓合磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向始終垂直 ，從而提高了效率。 本攻略不詳細(xì)說(shuō)明矢量控制法 ，感興趣 的可以自行搜索。 電機(jī)調(diào)

18、速原理 無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓是線性關(guān)系 ，由 KVKV 值可知，轉(zhuǎn)速=KV*=KV* 單片機(jī)并不能輸出可調(diào)的直流電壓，于是只好變通一下，用脈寬調(diào)制 的輸入電壓，PWMPWM 占空比越高，等效電壓就越高，轉(zhuǎn)速越快 PWWH PWWH | 上二土 j j | | i i I I _ P P PWM2H PWM2H I I | | _ | | | |H H 一圈要換相多少次？ 每 60 60 電角度換相一次 2 2 對(duì)極 1 1 圈有 720720電角度 換相 720 + 60=12720 + 60=12 次 4 4 對(duì)極 1 1 圈有 14401440電角度，換相 1440 + 60=2414

19、40 + 60=24 次 1.7梯形波/方波無(wú)刷電機(jī)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的分布情況 導(dǎo)翊；M導(dǎo)通配導(dǎo)逕:BA導(dǎo)透曲導(dǎo). 5導(dǎo)通 搖生電川 1,11,1 動(dòng)雄 : c _ I L I I ， F 一 跖 - i - ii - i - ifi會(huì) 為什么反電動(dòng)勢(shì)波形是梯形波 ？ 這與無(wú)刷電機(jī)的磁感應(yīng)分布強(qiáng)度有關(guān) 梯形波無(wú)刷電機(jī)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 現(xiàn)在來(lái)看一下內(nèi)轉(zhuǎn)子磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布 圖 1,1,與圖 2 2，定義磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向外為正 0 0A A 點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，然后開(kāi)始線性增加 ABAB 段：磁感應(yīng)強(qiáng)度不變 B B180180。： B B 點(diǎn)開(kāi)始線性下降，到 180180的時(shí)候下降到零。 輸入電壓 PWM

20、 PWM 方式來(lái)控制電機(jī) 圖 1 1 圖 2 2 根據(jù) E=BLV,E=BLV,轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度不變，在磁場(chǎng)內(nèi)近似勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，那么反電動(dòng)勢(shì)的波形也是梯形波 方波無(wú)刷電機(jī)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 不同的電機(jī),A,A 點(diǎn)位置不同。如果 A A 非常接近 0 0。的位置，上升和下降直線就會(huì)非常陡峭，“梯 形波就變成了“方波。根據(jù)右手定那么 E=BLVE=BLV 的公式，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)下，各繞組產(chǎn)生的反電動(dòng) 勢(shì)波形也呈方波。 與此類似，“正弦波電機(jī)就是一種磁感應(yīng)強(qiáng)度呈正弦波圖形分布的直流無(wú)刷電機(jī)，正弦波電 機(jī)的繞組結(jié)構(gòu)和梯形波電機(jī)不同，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)方式也不同，需要用到矢量分析法 1.8. 一種近似分析模型 之前的理論假設(shè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的

21、磁力線是垂直穿過(guò)繞組的導(dǎo)線的。但事實(shí)上，磁力線總是傾向 于沿磁阻最小的路徑前進(jìn)，其實(shí)并不穿過(guò)導(dǎo)線，見(jiàn)下列圖。 如果要分析這種情況下轉(zhuǎn)子的受力情況，要用到復(fù)雜的磁鏈路分析理論。不過(guò)，事實(shí) 上 不用這么麻煩，實(shí)驗(yàn)證明， 高深的磁鏈路分析方法所得到的結(jié)果，和我們上面假設(shè)磁力線 穿過(guò)導(dǎo)線的分析方法所得到的結(jié)果，根本吻合 。 1.9反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)與處理 為什么 ANAN 和 BNBN 上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)相加略小于 電源電壓12V12V? ? 因?yàn)榫€圈繞組本身的等效電阻很小約 0.10.1 歐左右，如果反電 動(dòng)勢(shì)不大的話，端電壓加載 在線圈繞組等效電阻上，會(huì)產(chǎn)生巨大的電流，線圈非燒掉不可。 圖 1 1- -2

22、121 磁力線分布摘自? Industral Brushless Servomotors )Industral Brushless Servomotors ) t0t0 時(shí)刻 假設(shè)在額定轉(zhuǎn)速下 ANAN 和 BN BN 各產(chǎn)生 5.7V5.7V 的反電動(dòng)勢(shì)，那么它們串聯(lián)起來(lái)就產(chǎn)生 11.4V11.4V 的 反電動(dòng)勢(shì)，那么加載在 ABAB 等效電阻上的電壓就為 12 12 - -11.4 = 0.6 V,11.4 = 0.6 V,最終通過(guò)繞組 ABAB 的電 流就是 0.6 / 0.6 / 2 X 0.12 X 0.1 = 3 A= 3 At1t1 時(shí)刻 同理，CNCN 之間也會(huì)產(chǎn)生 5.7V5

23、.7V 的感生電動(dòng)勢(shì)；不同的是：在 ABAB 相通電期間，CNCN 的感生 電動(dòng)勢(shì)會(huì)整個(gè)換一個(gè)方向，也即所謂的“過(guò)零點(diǎn)。 由于中點(diǎn)電勢(shì)值始終為 6V, CC6V, CC 的線圈產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)只能在以中點(diǎn) 6V6V 電勢(shì)為基準(zhǔn) 點(diǎn)的根底上疊加，仍舊假設(shè)在額定轉(zhuǎn)速下 CCCC 上會(huì)產(chǎn)生 5.7V5.7V 的感生電動(dòng)勢(shì)，那么 C C 點(diǎn)的電壓, 變化范圍就是 0.3V0.3V11.7 V ; (611.7 V ; (6- -5.7=0.3V , 6+5.7=11.7V)5.7=0.3V , 6+5.7=11.7V) 也就是說(shuō)，在 ABAB 相通電期間，只要一直監(jiān)測(cè)電機(jī)的 C C 引線的電壓，一旦發(fā)

24、現(xiàn)它低于 6V,6V,就說(shuō)明轉(zhuǎn)子已轉(zhuǎn)過(guò) 3030到達(dá)了 t0t0 和 t1t1 中間的位置，只要再等 3030就可以換相了。這 時(shí)候模擬比擬器的作用就來(lái)了。一旦 C C 相輸出電壓低于 6V,6V,比擬器馬上可以感知并在輸出 端給出一個(gè)下降沿。同理，任意兩相通電 ，第三相都可以檢測(cè)出一個(gè)比擬器跳變。 消磁問(wèn)題 理論上比擬器只會(huì)輸出一次跳變 ，實(shí)際上比擬器可能輸出屢次跳變 ，因此在軟件中要進(jìn)行特別的處 理。 理論圖： O* 1 1 I _ I_ II to 11 實(shí)際圖： 原因分析： 理論只考慮了切割磁力線產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，沒(méi)有考慮線圈自身的電感。在 ABAB 到 ACAC 的換相過(guò)程中，由丁 B

25、 B 相電流突然減小，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， 方向和電源電壓 相同,與切割磁感線的電動(dòng)勢(shì)相反，并疊加在中點(diǎn)之上，此時(shí) B B 端電位高丁中點(diǎn) 電位。注意(a)(a)圖中 B B 線圈的感生電動(dòng)勢(shì)是導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生的，而 (b)(b)圖中的 續(xù)流電動(dòng)勢(shì)是 B B 線圈自身的電感產(chǎn)生的(其大小要高丁切割磁力線的感生電動(dòng) 勢(shì)大小)。當(dāng)B B 相能量消耗完之后，切割磁感線產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)乂起主要作用 圖Ng H相膨生電動(dòng)勢(shì)防的波形 圖卜$ H栩過(guò)零時(shí)的渡動(dòng) 推相前備世鹿城I：電動(dòng)我 (W換相后各魏胃感生電動(dòng)勢(shì) 實(shí)測(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形： 圖中細(xì)細(xì)的直線就是假過(guò)零事件 ，需 要在軟件中進(jìn)行特別的處理 1.10無(wú)霍爾

26、電機(jī)啟動(dòng)方法 三段式啟動(dòng)法： (i)(i)預(yù)定位 開(kāi)始不知道轉(zhuǎn)子位置，先給任意兩相通電，等待一段時(shí)間后使下一個(gè)相鄰狀態(tài)通電 (通電一 次，轉(zhuǎn)子可能位于死點(diǎn) ，通電兩次，轉(zhuǎn)子一定會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng))，這一磁場(chǎng)能將電機(jī)轉(zhuǎn)子強(qiáng)行定位于這個(gè)方向 轉(zhuǎn)子最終會(huì)停留在一個(gè)確定的位置 ，然后進(jìn)入加速階段 預(yù)定位的 PWMPWM 占空比和時(shí)間由具體電機(jī)特性和負(fù)載決定，在實(shí)際調(diào)試中測(cè)得。 假設(shè)時(shí)間太短那么 不能保證完成，時(shí)間太長(zhǎng)又曾造成過(guò)流，必須通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)制定適宜的通電時(shí)間。而且假設(shè)啟動(dòng) 時(shí)的負(fù)載變化，通電時(shí)間也要變化。 (2)(2) 加速運(yùn)行階段 在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延時(shí)之后輸出相應(yīng)的 PWMPWM 調(diào)制信號(hào)，對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)

27、進(jìn)行開(kāi)環(huán)控 制。由于電機(jī)的換相邏輯是外部強(qiáng)制輸入的， PWMPWM 的占空比過(guò)大會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生過(guò)大的轉(zhuǎn)矩，導(dǎo) 致轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生振蕩。因此 PWMPWM 信號(hào)的占空比應(yīng)該從克服轉(zhuǎn)子慣性所需的最小值開(kāi) 始，逐漸提高，加大電機(jī)的供電電流。同時(shí)應(yīng)逐漸減少換相之間的等待時(shí)間，提高電機(jī)的轉(zhuǎn) 速。 加速分三類，各有優(yōu)缺點(diǎn)。： 換相信號(hào)頻率不變，逐步增大外施電壓使電機(jī)加速，稱為恒頻升壓法。 保持外施電壓不變，逐漸增高換相信號(hào)的頻率，使電機(jī)逐步加速，稱為恒壓升頻法。 在逐步增大外施電壓的同時(shí)，增高換相的頻率，稱為升頻升壓法。 升頻升壓法給電機(jī)施加一個(gè)由低頻到高頻不斷加速的他控同步切換信號(hào)，而且電壓也在不斷地

28、 增加。通過(guò)調(diào)整電機(jī)換相頻率，即可調(diào)整電機(jī)起動(dòng)的速度。調(diào)整方法比擬簡(jiǎn)單。但難實(shí)現(xiàn)，切 換信號(hào)的頻率的選擇要根據(jù)電機(jī)的極對(duì)數(shù)和其它參數(shù)來(lái)確定，太低電機(jī)無(wú)法加速，太高電機(jī)轉(zhuǎn) 速達(dá)不到會(huì)有噪聲甚至無(wú)法啟動(dòng)，算法比擬困難。 此階段電機(jī)控制是盲區(qū)。參數(shù)在調(diào)試好的時(shí)候，可以快速切換至正常運(yùn)行狀態(tài)；而參數(shù)不理想 時(shí)，電流可能不穩(wěn)甚至電時(shí)機(jī)抖動(dòng)。因此，應(yīng)根據(jù)電機(jī)及負(fù)載特性設(shè)定合理的升速曲線，并在 盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成切換。 (3)(3) 開(kāi)環(huán)控制切換到閉環(huán)控制 在加速階段開(kāi)始時(shí)，位置檢測(cè)模塊便開(kāi)始工作，不斷地檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)。 當(dāng)連續(xù) 檢測(cè)到三個(gè)過(guò)零事件時(shí)，說(shuō)明電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速及反電勢(shì)的幅值到達(dá)了無(wú)傳感器運(yùn)

29、行的要求。此 時(shí)將電機(jī)切換至無(wú)位置傳感器控制模式 1.11常見(jiàn)問(wèn)題 1.11.11.11.1 為什么電機(jī)堵轉(zhuǎn)，電流很大？ 正常工作時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，實(shí)際加在兩相電阻上的電壓很低 ，電流很小 堵轉(zhuǎn)時(shí)，電壓全部加在導(dǎo)通兩相的電阻上 ，電流就變得很大 以上圖為例，假設(shè) ABAB 兩相之間的電阻為 1Q1Q 正常工作時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)為 11V,11V,那么加在電阻上的電壓是 1V,1V,電流=1V/1 Q =1A=1V/1 Q =1A 堵轉(zhuǎn)時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)為 0V,0V,加在電阻上的電壓是 12V,12V,電流=12V/1 Q =12A=12V/1 Q =12A。 圖4死區(qū)時(shí)伺波落定曳 1.11.31

30、.11.3 死區(qū)時(shí)間有哪幾種 ？死區(qū)時(shí)間太短為什么會(huì)導(dǎo)致 MOSMOS 燒壞？1.11.2 mos1.11.2 mos 驅(qū)動(dòng)的死區(qū)時(shí)間是什么 ? ?有什么作用？ MOSMOS 驅(qū)動(dòng)控制 MOSMOS 管: HO: HO 控制MOSMOS 上管 LOLO 控制 MOSMOS 下管 1 1 表示高電平 0 0 表示低電平 HO=1 , MOS HO=1 , MOS 上管導(dǎo)通 HO=0 , MOS HO=0 , MOS 上管截止 LO=1 , MOSLO=1 , MOS 下管導(dǎo)通 LO=0 , MOS LO=0 , MOS 下管截止 如果上下管同時(shí)導(dǎo)通,2,2 個(gè) MOSMOS 管就燒了，因此要防止

31、 HO,LOHO,LO 同時(shí)為 1 1 死區(qū)時(shí)間：下列圖 DTDT 是死區(qū)時(shí)間,DT,DT 保證了 HOHO 和 LOLO 不能同時(shí)為1 1高電平 硬件死區(qū)時(shí)間原理：每當(dāng)電平改變時(shí),HO,HO,LO,LO 兩者中的 高電平先變成低電平，延退 DTDT 的時(shí)間，低電 平再變成高電平 HO L0 死區(qū)時(shí)間分類： 硬件自帶死區(qū)時(shí)間：比方 MOSMOS 驅(qū)動(dòng)自帶死區(qū)時(shí)間 軟件設(shè)置死區(qū)時(shí)間：根據(jù)死區(qū)時(shí)間的原理，在軟件中延遲一定時(shí)間再改變電平 死區(qū)時(shí)間缺乏導(dǎo)致 MOSMOS 管燒壞的過(guò)程分析 1 1.理想情況：MOSMOS 瞬間開(kāi)關(guān) 要按順序?qū)?MOSMOS 管，那么換相代碼中就要有一個(gè)數(shù)組 ，專門控制

32、引腳電平 所示： * I 也 J. J+ N-S+ + v- w+ u- v+ u- : v+ w- 助勢(shì)E 朔反電成勢(shì) MOST 管 1 2 2.實(shí)際情況:MOS:MOS 完全導(dǎo)通，關(guān)閉需要時(shí)間 1.11.41.11.4 建立 I/OI/O-MOS MOS 驅(qū)動(dòng)-MOS MOS 的輸入輸出表 單片機(jī)/O 口 MO5驅(qū)動(dòng) MOS ，假設(shè)導(dǎo)通順序如下列圖 M05上首 死區(qū)時(shí)間太垣網(wǎng)口5木完全美斷，上F管導(dǎo)通.疑 to tl 12 t3 t4 t6 4.14.1 用逆推法，先表示出 M MOSOS 的的導(dǎo)通順序 U+ U- V+ V- W+ W- 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)

33、通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 MOSMOS 驅(qū)動(dòng)的輸入，我用的 MOSMOS 驅(qū)動(dòng)是 IR2103,IR2103IR2103,IR2103 的輸入/輸 根據(jù)輸入/ /輸出表，列出 MOSMOS 驅(qū)動(dòng)的輸入也就是 I/OI/O 的輸出 驅(qū)動(dòng)的推入 U+/PL 0 U-/PL 1 V+/PL 2 V-ZtL 3 W+/PL 4 W-/PL pwm 1 0 1 0 0 pwm 1 0 0 0 1 0 1 0 0 pwm 1 0 0 0 1 pwm 1 0 0 PWID 1 0 1 0 1 pwm 1 0 0 1.11.51.11.5.驅(qū)動(dòng)電機(jī)的 PWMPWM 頻率的范圍一般是多少 ？ 12K12K- -16KHZ16KHZ 頻率太低了，會(huì)有噪聲 頻率太高,MCU,MCU 每次采樣處理的時(shí)間就很短 1.11.61.11.6 馬達(dá)低速運(yùn)轉(zhuǎn)是很困難的 ，通過(guò)變速箱來(lái)降低轉(zhuǎn)速 1.11.7 MOS 1.11.7 MOS 耐壓值如何選擇 ? ? VDD*1.5VDD*1.5 1.11.81.11.8 為什么啟動(dòng)的時(shí)候占空比要小 ，之后慢慢加大？ 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)很小 ，整個(gè)電路的阻值較小，占空比太大，就會(huì)有大電流，燒毀 mosmos 同側(cè)和不同側(cè) mosmo