来源:欧亚体育官网 作者:欧亚体育官网登录|发布时间:2024-09-08 09:18:58
很早之前就想做一款无刷电机,忙于工作一直没有弄。最近有点时间画板,打样,焊接,调试,总算顺利的转起来。期间也遇到很多问题,上网查资料,自己量波形前前后后搞了差不多近一个月,(中间又出差一周)总算搞的差不多了,特意写个总结。
板子外观100*60mm 中等大小。DC 12V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、USB和uart等接口。
先来说下原理无刷电机其实就是直流电机,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。
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。无感就是靠检测悬浮相的感应电动势过零点(后面在细讲)。
当然各有各的优缺点,有感在低速方面好,可以频繁启停换相。无感的结构简单成本低,航模上应用居多。
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。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,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,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。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。功率上面很难做大。
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。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。外部仅需一个续流的二极管及储能电容即可。
当然控制方式上也就简单很多,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,改变pwm占空比,及电流保护等。
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。
在说说无感模式,由于没有了霍尔,电机无法知道转子当前的位置所以就无法换相,而感应电动势也只有在转起来之后才有,所以无感模式的启动是个难点。
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。
这个过程太慢会抖动反转,太快会丢步。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。
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,可能有-9.8v。10v-9.8v = 0.2v /0.2 = 1A.这样算起来电流还合理。
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,根据右手定则。。。。。。。。不懂的自行上网搜。
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,但是转起来就不一定了,因为b相实际是在切割磁场,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,平行时为0.
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。也可以在软件中做滤波处理。
网上常用的两种方法:1 单片机ad采集;2 比较器比较。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。
如下图,这个已经是比较好的了,还是有很多毛刺。这个给单片机中断,肯定一大堆问题,严重的换错相烧mos管。
至于网上说检测到过零点后,延时30度换相,对电源效率有影响。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。真实怎样有待各位实际实验了。