無(wú)感無(wú)刷電機(jī)基礎(chǔ)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè) 無(wú)感無(wú)刷直流電機(jī)基礎(chǔ)原理作者永夜極光技術(shù)探討QQ 前言1.本文主要講解無(wú)感無(wú)刷直流電機(jī)的基礎(chǔ)原理部分，后續(xù)深入理解強(qiáng)烈推薦2. 如果發(fā)現(xiàn)我哪些內(nèi)容講錯(cuò)了，請(qǐng)加QQ不吝指正。 永夜極光 2017年 2 月 1. 無(wú)刷直流電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1 三個(gè)基本定則搞電調(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(mén)開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，只需要記牢三個(gè)基本定則：左手定則，右手定則，右手螺旋定則。1.1.1 左手定則-通電導(dǎo)體在磁

2、場(chǎng)中受到力的作用導(dǎo)體受力方向伸開(kāi)左手，使大拇指和其余四指垂直把手心面向 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 = BILsinB 為磁感應(yīng)強(qiáng)度（單位 T） I 為電流大?。▎挝?A）L 為導(dǎo)體有效長(zhǎng)度（單位 m） F 為力的大?。▎挝?N）， 為： B 和 I 的夾角。1.1.2. 右手定則-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?。?E = vBLsinv 為導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度（單位 m/s）B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度（單位 T）L 為導(dǎo)體長(zhǎng)度（單位 m） 為B 和L的夾角。1.1.3.右手螺旋定則-通電螺線管能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)方向右手握住通電螺線管使四指彎曲與電流

3、方向一致大拇指所指的那一端就是通電螺旋管的 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1.2電機(jī)基本概念電動(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)的部分。定子: 電動(dòng)機(jī)工作時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)的部分。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)明了表面的磁極,省略了不起作用的磁極極數(shù): N極,S級(jí)的總數(shù),右圖電機(jī)有6極極對(duì)數(shù): 一個(gè)南極(S極) ，一個(gè)北極(N極) ，算一對(duì)磁極 極對(duì)數(shù)=級(jí)數(shù)2,右圖電機(jī)有3極對(duì)機(jī)械角度: 就

4、是數(shù)學(xué)中的“空間幾何角度”，恒等于360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360電角度。 電角度=機(jī)械角度*極對(duì)數(shù)若電機(jī)有K對(duì)極,那么整個(gè)定子內(nèi)圓有K*360電角度,右圖電機(jī)有4對(duì)極,因此一圈是360機(jī)械角度,1440電角度 KV值: 輸入電壓每增加 1 伏特，無(wú)刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加值 轉(zhuǎn)速=KV*電壓1.比如KV=1000,那么當(dāng)輸入電壓10V時(shí),空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速就是10000rpm (rpm=轉(zhuǎn)/分鐘)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 KV 特性。繞線匝數(shù)多的，KV 值低，最高輸出電流小，扭力大；繞線匝數(shù)少的，KV 值高，最高

5、輸出電流大，扭力小?；魻杺鞲衅?霍爾傳感器感應(yīng)磁場(chǎng)方向,并輸出高低電平(”1”和”0”),根據(jù)霍爾傳感器的輸出值,就能確定轉(zhuǎn)子的位置。 開(kāi)環(huán):不將控制的結(jié)果反饋并影響系統(tǒng)閉環(huán):將控制結(jié)果反饋并影響系統(tǒng)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 軟啟動(dòng):使PWM的占空比緩慢上升到設(shè)定值N,P: N槽數(shù),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和P的最小公倍數(shù)。比如12N8P的電機(jī)，轉(zhuǎn)一周將感受24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)

6、轉(zhuǎn)子無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理1.3.1轉(zhuǎn)子(磁鐵)受力情況分析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),此時(shí)sin=1,力矩最大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,轉(zhuǎn)子不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩公式(T= FLsin),此時(shí)sin=0,力矩最小注意:N,S極可以調(diào)換位置,力不變,斥力變成引力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)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

7、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(lèi)似的。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”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。2.當(dāng)三根線 A, B, C之間兩兩通電時(shí)，有 6 種情況，分別是 AB, AC, BC, BA, CA, CB3.每次通電,根據(jù)1.1.4磁鐵靜止指向,轉(zhuǎn)子的N極趨向于與外部合磁場(chǎng)方向平行1.3.3. 轉(zhuǎn)動(dòng)原理注意：轉(zhuǎn)子N極始終趨向于與合磁場(chǎng)方向平行。圖(a)中,AB 相通

8、電，轉(zhuǎn)子N極會(huì)往綠色箭頭方向?qū)R，當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)圖(a)中綠色箭頭位置時(shí)，換相(改成 AC 相通電)，轉(zhuǎn)子就會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并往圖(b)中的綠色箭頭方向?qū)R，當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)圖(b)中箭頭位置時(shí)，再次換相，改成 BC相通電，依此類(lèi)推。當(dāng)外線圈完成 6 次換相后，內(nèi)轉(zhuǎn)子正好旋轉(zhuǎn)一周（即360 ）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次,也就是每60電角度要換相一次(注意是電角度,不是機(jī)械角度) 2級(jí)電機(jī): 1圈=360電角度,轉(zhuǎn)一圈換相36060=6次 4級(jí)電機(jī): 1圈=720電角度,轉(zhuǎn)一圈換相72060=12次正反轉(zhuǎn)改變通電的順序就能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)1.4. 換相

9、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,因此換相的最佳位置: 最大力矩處,落后30電角度 (電角度,不是機(jī)械角度!)為什么在最大力矩處,落后30電角度換相?因?yàn)槊?0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電角度的位置換相,換相后轉(zhuǎn)子位置超前力矩最大處30電角度,運(yùn)行30電角度后轉(zhuǎn)矩最大,再運(yùn)行30電角度后換相,整個(gè)60運(yùn)行期間,轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最小。轉(zhuǎn)矩:力矩力矩最大位置:轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向與線圈合磁場(chǎng)方向垂直多種換相位置的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分析(1)如果在轉(zhuǎn)矩為0時(shí)換相,那么每60電角度的轉(zhuǎn)矩的變化

10、圖像如下一個(gè)電周期換相6次,轉(zhuǎn)矩變化圖像如下(2)如果在最大轉(zhuǎn)矩處換相,那么每60電角度的轉(zhuǎn)矩的變化圖像如下一個(gè)電周期換相6次,轉(zhuǎn)矩變化圖像如下如果在轉(zhuǎn)矩最大處落后30電角度換相(與磁場(chǎng)方向呈(90機(jī)械角度 - 30電角度),那么每60電角度的轉(zhuǎn)矩的變化圖如下一個(gè)電周期換相6次,轉(zhuǎn)矩變化圖像如下綜上所述,在力矩最大處落后30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極與磁場(chǎng)方向成90機(jī)械角度 - 30電角度(30機(jī)械角度)=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極與磁場(chǎng)方向成90機(jī)械角度 - 30電角度(15機(jī)械角度)=75機(jī)械角度1.5. 獲

11、取轉(zhuǎn)子位置我們知道了轉(zhuǎn)子的最佳換相位置,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1(高電平),或0(低電平),如下圖所示。3個(gè)霍爾傳感器,共有2*2*2=8種組合000 001 010 011 100 101 110 111其中000,和111是無(wú)效組合,剩下的6種組合,每種組合都確定了轉(zhuǎn)子的一個(gè)位置無(wú)霍爾電機(jī)獲取轉(zhuǎn)子位置的方法

12、-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?AB 相通電時(shí)，A,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(CN)反電動(dòng)勢(shì)方向會(huì)改變,如下圖所示反電動(dòng)勢(shì):產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與外加電源的方向相反,所以叫反電動(dòng)勢(shì)C相電壓Ec=CC電動(dòng)勢(shì)+中點(diǎn)電壓將中點(diǎn)電壓與Ec電壓在比較器中進(jìn)行比較,比較器輸出會(huì)在換相后30電角度時(shí)發(fā)生跳變(高電平變低電平,或低電平變高電平),說(shuō)明轉(zhuǎn)子已轉(zhuǎn)過(guò) 30電角度,到達(dá)了 t0 和 t1 中間的位置，只要再等 30就可以換相了。一個(gè)電周期(360電角度),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)化理論上比較器跳變之后30電角度換相,問(wèn)題是電機(jī)

13、轉(zhuǎn)過(guò)30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AB通電到C相過(guò)零的時(shí)間t,后半段所需時(shí)間也是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60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

14、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)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KV值可知,轉(zhuǎn)速=KV*輸入電壓?jiǎn)纹瑱C(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（PWM）方式來(lái)控制電機(jī)的輸入電壓,PWM 占空比越高，等效電壓就越高，轉(zhuǎn)速越快一圈要換相多少次?每60電角度換相一次2對(duì)極1圈有720電角度,換相72060=12次4對(duì)極1圈有1440電角度,換相144060=24次1.7梯形波/方波無(wú)刷電機(jī)磁感應(yīng)

15、強(qiáng)度 B 的分布情況為什么反電動(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,與圖2),定義磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向外為正0A點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，然后開(kāi)始線性增加AB段: 磁感應(yīng)強(qiáng)度不變B180: B 點(diǎn)開(kāi)始線性下降，到 180的時(shí)候下降到零。 圖1 圖2 根據(jù)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點(diǎn)位置不同。如果 A 非常接近 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)右手定則 E=BLV的公式，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)下，各繞組產(chǎn)生的反電動(dòng)

16、勢(shì)波形也呈方波。與此類(lèi)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)下圖。圖 1-21 磁力線分布（摘自Industral Brushless Servomotors）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，

17、基本吻合。1.9反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)與處理為什么 AN和 BN上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)相加略小于 電源電壓(12V)?因?yàn)榫€圈繞組本身的等效電阻很小（約 0.1 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。 t0時(shí)刻 t1時(shí)刻假設(shè)在額定轉(zhuǎn)速下 AN和 BN各產(chǎn)生 5.7V 的反電動(dòng)勢(shì)，那么它們串聯(lián)起來(lái)就產(chǎn)生 11.4V 的反電動(dòng)勢(shì)，那么加載在AB等效電阻上的電壓就為12 11.4 = 0.6 V，最終通過(guò)繞組 AB 的電流就是 0.6 / (2 0.1) = 3 A同理，CN之間也會(huì)產(chǎn)生 5.7V 的感生電動(dòng)勢(shì)；不同的是：在 AB 相通電期間，CN的感生電

18、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，CC的線圈產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)只能在以中點(diǎn) 6V 電勢(shì)為基準(zhǔn)點(diǎn)的基礎(chǔ)上疊加，仍舊假設(shè)在額定轉(zhuǎn)速下 CC上會(huì)產(chǎn)生 5.7V 的感生電動(dòng)勢(shì)，那么 C 點(diǎn)的電壓，變化范圍就是0.3V 11.7 V；(6-5.7=0.3V , 6+5.7=11.7V)也就是說(shuō)，在 AB 相通電期間，只要一直監(jiān)測(cè)電機(jī)的 C 引線的電壓，一旦發(fā)現(xiàn)它低于6V，就說(shuō)明轉(zhuǎn)子已轉(zhuǎn)過(guò) 30到達(dá)了 t0 和 t1 中間的位置，只要再等 30就可以換相了。這時(shí)候模擬比較器的作用就來(lái)了。一旦 C相輸出電壓低于 6V，比較器馬上可以感知并在輸出端給出一個(gè)下降沿。同理，任意

19、兩相通電,第三相都可以檢測(cè)出一個(gè)比較器跳變。消磁問(wèn)題理論上比較器只會(huì)輸出一次跳變,實(shí)際上比較器可能輸出多次跳變,因此在軟件中要進(jìn)行特別的處理。理論圖: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 AB 到AC 的換相過(guò)程中，由于 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 端電位高于中點(diǎn)電位。注意(a)圖中 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)圖中的續(xù)流電動(dòng)勢(shì)是 B 線圈自身的電感產(chǎn)生的（其大小要高于切割磁力線的感生電動(dòng)勢(shì)大?。?。當(dāng)B相能量消耗完之后,切割磁感線產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)

20、又起主要作用實(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)霍爾電機(jī)啟動(dòng)方法三段式啟動(dòng)法: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)方向上。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PWM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。若時(shí)間太短則不能保證完成，時(shí)間太長(zhǎng)又會(huì)造成過(guò)流，必須通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)制定合適的通電時(shí)間。而且若啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載變化，通電時(shí)間也要變化。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)

21、的 PWM 調(diào)制信號(hào)，對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)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，PWM 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 PWM 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(lèi),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(chēng)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(chēng)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(chēng)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

22、不斷地增加。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)整方法比較簡(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)，算法比較困難。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)甚至電機(jī)會(huì)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。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)的幅值達(dá)到了無(wú)傳感器運(yùn)行的要求。此時(shí)將電機(jī)切換至

23、無(wú)位置傳感器控制模式1.11 常見(jiàn)問(wèn)題1.11.1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)AB兩相之間的電阻為1正常工作時(shí),反電動(dòng)勢(shì)為11V,那么加在電阻上的電壓是1V,電流=1V/1=1A。堵轉(zhuǎn)時(shí),反電動(dòng)勢(shì)為0V,加在電阻上的電壓是12V,電流=12V/1=12A。1.11.2 mos驅(qū)動(dòng)的死區(qū)時(shí)間是什么?有什么作用?MOS驅(qū)動(dòng)控制MOS管:HO控制MOS上管LO控制MOS下管1表示高電平0表示低電平HO=1 , MOS上管導(dǎo)通HO=0 , MOS上管截止LO=1 ,

24、 MOS下管導(dǎo)通LO=0 , MOS下管截止如果上下管同時(shí)導(dǎo)通,2個(gè)MOS管就燒了,因此要避免HO,LO同時(shí)為1死區(qū)時(shí)間:下圖DT是死區(qū)時(shí)間,DT保證了HO和LO不能同時(shí)為”1”(高電平)硬件死區(qū)時(shí)間原理: 每當(dāng)電平改變時(shí),HO,LO兩者中的高電平先變成低電平, 延遲DT的時(shí)間,低電平再變成高電平 1.11.3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MOS燒壞?死區(qū)時(shí)間分類(lèi):硬件自帶死區(qū)時(shí)間:比如MOS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)間不足導(dǎo)致MOS管燒壞的過(guò)程分析:1.理想情況: MOS瞬間開(kāi)關(guān)2.實(shí)際情況:MOS完全導(dǎo)通,關(guān)閉需要時(shí)間1.11.4 建立I/O-MOS驅(qū)動(dòng)-MOS的輸入輸出表要按順序?qū)∕OS管,那么換相代碼中就要有一個(gè)數(shù)組,專(zhuān)門(mén)控制引腳電平,假設(shè)導(dǎo)通順序如下圖所示:4.1用逆推法,先表示出MOS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)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通4.2根據(jù)MOS的導(dǎo)通順序,推導(dǎo)出MOS驅(qū)動(dòng)的輸入,我用的MOS驅(qū)動(dòng)是IR2103,IR2103的輸入/輸出表如下圖所示: 根據(jù)輸入/輸出表,列出MOS驅(qū)動(dòng)的輸入(也就是I/O的輸出)1.11.5.驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM頻率的范圍一般是多少? 1