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简要介绍无刷电机的基础知识

无刷电机基础

参考:

  1. 德捷电子教你转无刷电机
  2. 知乎对无刷电机的解释

以链接的形式提供其他参考

1. 无刷电机的简单原理

与刷电机相比,无刷电机最大的特点是无刷电机,具有性能好、寿命长等优点

1.1 无刷电机分类

直流无刷电机分为以下两类:

  1. 无刷直流电机(BLDC):方波驱动,航模上用的都是这种
  2. 永磁同步电机(PMSM):正弦波驱动,性能比BLDC更优,但算法更复杂

两者在一般结构上是相同的。结构上最大的区别是定子的形状不同,这导致了不同的控制算法

1.2 无刷电机控制系统的基本结构

无刷电机的控制系统包括以下部分

  1. 无刷电机
  2. 三项驱动(即六座桥,比刷电机多一座桥)
  3. 控制系统
  4. 速度反馈(霍尔传感器直接读取转子位置,使控制系统进行信号控制)

1.3 无刷电机旋转原理

1.3.1 BLDC六步换向方波控制法

类似于步进电机,每对线圈可以按照一定的规则切断,每次两两个导通

驱动简单,但缺点明显,输出扭矩不恒定,电机振动大

tips:步进电机旋转的最小单位是步距角,无刷电机连续运行,两者不同

1.3.2 FOC(Field-Oriented Control)

FOC直译是磁场定向控制,控制,又称矢量控制BLDC和PMSM最好的控制方法之一是同时工作

FOC准确控制磁场的大小和方向,使电机运行平稳高效

FOC具体过程有点复杂…略 可以在德捷电子和稚晖君的知乎文章中学习

FOC这是一个巨大的算法。如果使用得当,可以实现电机的像素级控制。如果你想知道它有多强大,你可以看看稚晖君的视频

1.3.3 无传感器无刷电机启动方法

无刷电机需要测量速度和位置,有传感器读取和无传感器估计方案(有些电机由于条件限制无法安装传感器)

无传感器电机有专门的启动方法

三段启动法:

  1. 预定位:确定转子的初始位置

转子通过改变磁场转移到特定位置

  1. 加速运行:加速转子旋转

  2. 开环切入闭环 当稳定时,表明电机速度满足无位置传感器运行要求,可切入闭环状态

2.无刷电机相关参数

2.1 KV值

表示电机电压每升1次V,在无刷电机中,电机转速值为常量

2.2 表贴式和内嵌式

表贴式(SPM)无刷电机的转子在电机表面,定子在电机中心。(IPM)电机中心的转子,像传统电机一样,定子在电机表面。 SPM和IPM影响反电动势的测量

2.3 尺寸

无刷电机的型号名称包括2216和2814。其中前两个是指定子的外径,后两个是指定子的高度。电机越大,功率越大,重量越大

2.4 槽数和级数

  1. 槽数(N):由于无刷电机是三相电机,定子铁芯的数量N是三的倍数
  2. 级数(P):磁钢在定子上的数量由南北极成对使用,因此P是偶数

特性:

  1. N、P速度越小,速度越高
  2. N相同时,P扭矩越大,扭矩越大
  3. N、P电机挫折越大,振动越小,但槽数越多后很难做好动平衡

2.5 市场上常用的无刷电机型号

由于航模电机不需要精确控制和成本控制,航模电机一般都是BLDC

  1. A2212

  2. 2208

  3. 3650(感觉这个更适合做车,这个也是BLDC,生成驱动板PWM的)

  4. 野火PMSM

无刷电机有很多型号。想用的时候自己选型就好。

3. 无刷电机驱动

3.1 电子调速器

电子调速器是电子调速器(ESC),特别指航模行业无刷电机驱动,一般体积小,电流大,工作时间短

只能用来调速,输入信号口PWM可以驱动,具体怎么驱动没有找到信息,买调速器测量输出就知道了

3.2 FOC驱动器

应用于各行业,功能多样化、复杂

4.使用ST库转动无刷电机

我们需要的硬件:

  1. 无刷电机
  2. 电机驱动
  3. 电机控制器(32可满足)
  4. 电源

tips:许多相关信息和硬件选择可以通过德捷电子找到

软件

  1. CubeMax
  2. ST的FOC库 ST Motor Control WorkBenck、ST Motor Profile等

思路:

  1. 对于没有详细参数的电机,首先使用ST Motor Profile识别电机参数(即测量)并保存参数

有参数的可以直接进入下一步

  1. 在Motor Control WorkBenck修改和确认参数基本上是自动填写的,不需要修改

没有问题开始生成工程,选择Keil V5和STM32CubeMax的固件版本

点击GENERRATE开始生成工程,成功后点击Run STM32CubeMax对STM32剩下的引脚进行配置,最后在CubeMax中生成代码即可得到完整的工程

编译没有问题可以直接将代码烧到开发板

回到Motor Control WorkBenck中,点击功能栏中的仪表盘按钮,可以进入控制无刷电机的上位机程序,这时候就可以自如控制电机了

如果想要编程控制电机,研究一下工程中ST的FOC库,用库函数进行编程即可

如果想不使用库,可能就得自己研究控制算法自己写程序了

标签: 无刷电机无位置传感器启动电机动平衡传感器

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