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              • 无刷电机 > 公司动态 > 大神纯手工打造无刷电机控制器:画板九州体育娱乐、打样九州体育娱乐、焊接、调速...

              大神纯手工打造无刷电机控制器:画板、打样、焊接、调速...

              时间:03-23 15:42 点击:220

              东昊电机一直从事无刷电机无刷电机控制器的研发生产,最近东昊电机的大神们又开始从画板,打样,焊接,调试,总算顺利的转起来,特意写个总结九州体育娱乐。

               

              板子外观100*60mm中等大小。DC12V输入,设计最大电流10A(实际没试过那么大的电机,手头的电机也就5、6A的样子)硬件上可以切换有感(HALL)和无感(EMF)两种模式,外部滑动变阻器调速 预留有 PWM输入、刹车、正反转九州体育娱乐、USB和uart等接口。

               

              先来说下原理无刷电机其实就是直流电机九州体育娱乐,和传统的DC电机是一样的,只是把有刷的电滑环变成了电子换向器。

               

              直流无刷电机工作原理


              因为少了电滑环的摩擦所以寿命静音方面有了很大的提升九州体育娱乐,转速也更高。

               

              永磁直流无刷电机


              当然难点就在如何获取当前转子的位置好换相九州体育娱乐,所以又分为两种有感和无感九州体育娱乐。有感就是在电机端盖的部位加装霍尔传感器分别相隔30度或60度或120度。无感就是靠检测悬浮相的感应电动势过零点。当然各有各的优缺点,有感在低速方面好九州体育娱乐,可以频繁启?;幌?。无感的结构简单成本低,航模上应用居多。

               

              先说有感,电源首先被分成了3个绕组U、V九州体育娱乐、W这个交流电还是有区别的九州体育娱乐。它只是3个h桥按一定的顺序导通模拟出来的,本质还是直流电九州体育娱乐。电机靠hall位置按一定顺序换相,转速与电压电流有关。这一点切记九州体育娱乐,不是换的越快转的越快。(位置决定换相时刻,电压决定转速)一般调速就是调电压九州体育娱乐,6步PWM方式是目前常用的。当然后续还有FOC等更好算法。

               

              硬件部分网上基本都是成熟的方案九州体育娱乐。三相H桥,H桥一般有上臂mos和下臂mos组成,如果只是简单的做演示上臂选pmos下臂选nmos控制电路简单直接用单片机的io就可以驱动。但是pmos低内阻的价格高九州体育娱乐。功率上面很难做大。

               

              这也就是为什么基本所有的商业控制器全是nmos的原因。但是上臂用nmos存在一个问题vgs控制电压大与vcc 4v以上才能完全导通九州体育娱乐。为了简化电路采用了ir公司出的驱动ic,     它内部有自举升压电路九州体育娱乐。外部仅需一个续流的二极管及储能电容即可。

               

              直流无刷电机控制电路图

              直流无刷电机全桥式驱动电路

              有感模式控制相对简单九州体育娱乐,3个霍尔传感器输出一般都是数字信号,分压后直接接单片机io九州体育娱乐。

               

              直流无刷电机霍尔接线图


              当然控制方式上也就简单很多九州体育娱乐,三个霍尔接中断输入,在中断处理程序中根据组合状态换相,程序上也没什么复杂的。主程序 一直检测ad值九州体育娱乐,改变pwm占空比,及电流?;さ?。

               

              如下一个典型的换相代码。Stm32 有两个高级定时器tim1 tim8 可以输出4组互补型pwm,还可以设定死区时间等,使用上非常方便九州体育娱乐。

               

              switch(step)

              {

              case 4: //B+ C-

              /* Next step: Step 2 Configuration -------------------------------------- */

              TIM_CCxCmd(BLDC_TIMx,TIM_Channel_1,TIM_CCx_Disable);

              TIM_CCxNCmd(BLDC_TIMx,TIM_Channel_1,TIM_CCxN_Disable);

              }

              直流无刷电机驱动程序

              直流无刷电机控制程序


              下图为uvw三相的霍尔检测到的电平及w相的波形。

               

              直流无刷电机曲线图


              下图为 uvw三相波形及w相霍尔电平

               

              三相直流无刷电机波形图


              下图为 w相电平, w相上臂on 下臂pwm ,w相霍尔信号。

               

              直流无刷电机波形曲线图


              下图为w相ir2304芯片输出,上臂电压可明显看到已高于vcc,下臂为pwm信号

               

              直流无刷电机PWM波形图


              在说说无感模式九州体育娱乐,由于没有了霍尔九州体育娱乐,无刷电机无法知道转子当前的位置所以就无法换相九州体育娱乐,而感应电动势也只有在转起来之后才有九州体育娱乐,所以无感模式的启动是个难点。

               

              一般方法都是分三段法:1.预定位;2.启动;3.进入闭环反馈九州体育娱乐。

              1、预定为就是强制给某一相通电一段时间,让电机定位到这个位置。占空比30-50%不要太大,可能会发热。

              2、启动,就是逐步的强制换相,当然要有个加速的过程,使电机转起来九州体育娱乐。

               

              这个过程太慢会抖动反转,太快会丢步九州体育娱乐。参数需要一点点试,有点像控制步进电机。要能使电机转的能产生电动势,我也是参照的德国MK 电调的算法九州体育娱乐。

               

              每次延时时间比上一次少1/25,形成一个加速的过程,直到电机完全转起来产生足够的电动势。

               

              3、闭环反馈控制换相跟有感差不多一样。

               

              speed_duty=30; //30% start

              BLDC_PHASE_CHANGE(Step[Phase]); //固定一相

              Delay_MS(200);

               

              speed_duty=pwm;

              timer = 300;

              while(1)

              {

              for(i=0;i

              {

              Delay_US(120);   //等待

              }

              timer-= timer/25+1;

              if(timer < 25)

              {   

              if(TEST_MANUELL)

              {

              timer = 25;   //开环强制换向

              }

              else

              {

              bldc_dev.motor_state=RUN;

              break;

              }    

              }

              Phase++;

              Phase %= 6;

              BLDC_PHASE_CHANGE(Step[Phase]); //

              }

              说到感应电动势很多人不明白,先来说说电流九州体育娱乐,电机线圈的内阻通常很小比如0.2欧,电机的电压比如10v,按理来说电流100a为何电机不烧哪九州体育娱乐九州体育娱乐?


              其实电机线圈在通电的一瞬间并不是完全导通的,因为有反向电动感应势的存在九州体育娱乐,可能有-9.8v。10v-9.8v = 0.2v /0.2 = 1A.这样算起来电流还合理九州体育娱乐。


              在说说那个初中学习的法拉第 ,当线圈切割磁场时会产生感应电动势九州体育娱乐,根据右手定则。

              直流无刷电机右手定则

              如下图当ac相在通电12v的情况下,静止状态下正中间中性点理论为6v九州体育娱乐,但是转起来就不一定了,因为b相实际是在切割磁场九州体育娱乐,是会产生电动势的。而电动势的大小正负取决与当前在磁场ns极的位置。当切割ns时为-1,切割sn时为1九州体育娱乐,平行时为0.

              直流无刷电机电磁切割图

              利用这一特性不就刚好可以获得转子的位置吗?

              首先检测电路网上已经一大很成熟了九州体育娱乐。

              如下图,当然很多时候需要在4.7k对地的电阻上并一个100nf的电容,做一个低通滤波九州体育娱乐。也可以在软件中做滤波处理。

              直流无刷电机驱动电路悬浮相

              我们所要做的就是检测这个悬浮相的电动势过零点。

              网上常用的两种方法:1 单片机ad采集;2 比较器比较九州体育娱乐九州体育娱乐。我选择了比较器lm339价格已经很便宜了,在高速上比ad有明显优势,只要比较cin bin ain 与n点的压差即可获得零点。


              直流无刷电机各绕组电流和感生电动势


              理想很完美,现实很残酷,实际中根本得不到这么完美的波形。

              如下图,这个已经是比较好的了九州体育娱乐,还是有很多毛刺九州体育娱乐。这个给单片机中断,肯定一大堆问题,严重的换错相烧mos管。


              直流无刷电机波形图

              直流无刷电机波形图 01


              为什么会有这些毛刺呢,有些还挺有规律九州体育娱乐。

              参考了网上的介绍,这中间还有一个叫消磁的东西。


              直流无刷电机-曲线图

              原理不深究了,反正时间很短,软件上做一个滤波消掉就可以了。


              进入中断函数后做如下处理 九州体育娱乐,定时器的中断我暂时用的20us。

               

              const unsigned int FilterNums = 0xff;

              static unsigned int nums =0;

              static unsigned int Queue_UStatus =0;

              static unsigned int Queue_VStatus =0;

              static unsigned int Queue_WStatus =0;

              static unsigned char EMF_SVal =0;

              unsigned char Filter_U_Status=0;

              unsigned char Filter_V_Status=0;

              unsigned char Filter_W_Status=0;

              unsigned char EMF_Val=0;

              unsigned int status_h;

              unsigned int status_l;

              unsigned int Delay30deg =0;

               

              /* 清除中断标志位 */

              if ( TIM_GetITStatus(TIM3 , TIM_IT_Update) != RESET )

              {

              TIM_ClearITPendingBit(TIM3 , TIM_FLAG_Update);


              直流无刷电机驱动程序-01

              直流无刷电机控制程序-02


              至于网上说检测到过零点后,延时30度换相九州体育娱乐,对电源效率有影响九州体育娱乐。我试了下,好像没什么明显的差异。也有人说在大功率的电机下不延时反而更平滑等等九州体育娱乐。真实怎样有待各位实际实验了九州体育娱乐。


              纯手工直流无刷电机控制板

              直流无刷电机控制板

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