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【FU6832L开发板免费试用】+一文看懂BLDC直流无刷电机概述及驱动原理+筋膜枪实例视频
此次算是第一次接触BLDC,对该方面的知识也需要恶补。
我们较常见的应该是小型直流电机多一些,如小时候经常玩的小玩具车马达,甚至到现在依旧很常见,主要原因在于其简单,成本低,易驱动。
那么什么是直流无刷电机呢?BLDC 无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)
图1:有刷直流电机和无刷直流电机对比
图2:直流无刷电机结构简图 BLDC 电机采用电子换相来代替机械换相,克服了有刷电机的上述缺陷。为了更好地理解这一点,有必要进一步了解 BLDC 电机结构。BLDC 电机与有刷电机构造相反,其永磁体安装在转子中,而线圈绕组则成为定子。电机的磁体布局不尽相同,定子可能具有不同数量的绕组,而转子可能具有多个极对,如以下图所示:
图3:不同极对数对比
所以基于上图,我们可以较清楚的对手里的电机判别极对数,能看到中间线圈多少对/2,即是极对数。三相电机定子是3的倍数,转子是2的倍数,3:2;6:4;9:4;12:8。 如果无法观察到电机结构,那么还有如下两种方法对极对数判断:
一:示波器观察法:
示波器地夹和信号勾,接到任意两项引线,转动较快速转动电机完整一圈,不要多也不要少。,观察示波器所测得电动势波形,观察波形的波峰与波谷是否相同数量,,一般都是相同的,除非你没转好电机,则其数量就是对于电极对的数量。
二:接电手动感应法:
使用可调电源对电机任意两项接通正负极(注意根据电机相间阻抗闲置电流功率),此时用手波动电机一整圈,一整圈,一整圈,不要多不要少,用手感受电机的卡顿感,一整圈卡顿几次机极对数就是多少。
图4:一极对数和2极对数运转对比
相电阻: 相电阻的测量可以使用万用表做粗略的测量,或者使用电桥测量。万用表两端分别连接电机的任意两相,所得到的阻值的一半就是相电阻。
相电感: 相电感一般使用电桥测量,常见的测量方法是将电桥频率设为 1KHZ 以上,也可以设置为系统 PWM 所使用的的频率,电压给 1V 左右,然后测量电机在该频率下的电感。 同样用电桥的两端连接电机的任意两相,得到的电感值的一半就是相电感;为了提高准确度,可以旋转一圈,多次测量求平均值。
KV值: 转速/v意思为输入电压增加1伏特 电机空转转速增加的转速值kv乘以电压等于电机每分钟的转数
无刷电机的驱动与控制: 无刷电机前面也提到过,使用的是电子换向器,绕组成为定子,永磁体成为转子的一部分。 绕组通常由使用脉冲宽度调制 (PWM) 控制的六 MOSFET 电桥供电,它们按照控制次序进行转向,产生旋转磁场,从而“拖拽”围绕它的转子并驱动相连的负载。
图5: 六 MOSFET 电桥 换向由转子和定子的相对位置确定,具体则通过霍尔效应传感器测量,或通过电机转动时生成的反电动势 (EMF) 幅度测量(限无传感器电机)。 这也是有得电机需要除了三相线还需要额外的多根线的原因,而wuhall的电机则只需要三根三相线即可。 目前有三种电子换向控制方案:梯形、正弦和磁场定向控制 (FOC)。
(1)梯形(方波)驱动 梯形技术最容易实现(也称为方波驱动),因此也最受欢迎。 电机每相由直流供电,每 60度进行换向。 相位驱动为“高”、“低”或保持浮动状态。理论上,这样的系统可产生平滑、恒定扭矩。 实际上,特定相位的电流不可能瞬间由低转为高。 相反,所导致的上升时间在输出中生成与转向定时一致的波纹,如下图。
图6、梯形驱动三相波形
方波控制方式的优点是控制算法简单、硬件成本较低,使用性能普通的控制器便能获得较高的电机转速;缺点是转矩波动大、存在一定的电流噪声、效率达不到最大值。方波控制适用于对电机转动性能要求不高的场合。
(2)正弦波控制
正弦波控制方式使用的是SVPWM波,输出的是3相正弦波电压,相应的电流也是正弦波电流。这种方式没有方波控制换向的概念,或者认为一个电气周期内进行了无限多次的换向。显然,正弦波控制相比方波控制,其转矩波动较小,电流谐波少,控制起来感觉比较“细腻”,但是对控制器的性能要求稍高于方波控制,而且电机效率不能发挥到最大值。
图7、正玄波驱动
(3)FOC控制
正弦波控制实现了电压矢量的控制,间接实现了电流大小的控制,但是无法控制电流的方向。FOC控制方式可以认为是正弦波控制的升级版本,实现了电流矢量的控制,也即实现了电机定子磁场的矢量控制。
由于控制了电机定子磁场的方向,所以可以使电机定子磁场与转子磁场时刻保持在90°,实现一定电流下的最大转矩输出。FOC控制方式的优点是:转矩波动小、效率高、噪声小、动态响应快;缺点是:硬件成本较高、对控制器性能有较高要求,电机参数需匹配。 FOC按照电机有无传感器来区分可以分为有传感器FOC和无传感器FOC。 当前开发板是支持FOC无感控制的,后面有时间在深入。
接下来进入实例:
烧录默认参考代码后: 找个三相无刷电机接入:
转动正常!
接着打开代码修改这些参数(按电机参数来) :
开启电机调速旋钮功能
添加按键控制电机启停。串口打印显示按键log。
接上筋膜枪电机:
烧友这网页编辑太卡了,一个帖子编辑了3个多小时,打个字都卡半天。。。就不能支持word一键导入么?file:///C:UsersADMINI~1AppDataLocalTempksohtml10860wps12.png
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