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                无刷直流@电机々:原理、优势、应用!

                发布时间:2019-09-12 责任编辑:wenwei

                【导读】本文要介绍在电机种类里,发展快※速且应用广泛的无刷直☉流电机(简称BLDC)。BLDC被广泛应用于日快三舞步教学常生活用具、汽车工业、航空、消费电子、医学电子、工业自网络大发快三赌博揭秘动化等装置和仪表中。
                 
                1.BLDC的优点
                 
                BLDC不使用机械结构的换向电刷而直接使用电子换向器,在使用中BLDC相比有刷电机有许多的江苏快三开奖预测结果优点,比如: 
                 
                ·能获得更好的扭矩转速特性; 
                ·高速↓动态响应; 
                ·高效率; 
                ·长寿命; 
                ·低噪声; 
                ·高转速。
                 
                另外,BLDC更优的扭矩和外形尺寸比使▆得它更适合用于对电机自身重量和大小比较敏感的场⌒合。在这篇应用笔记中将吉林快三开奖的走势图会对BLDC的结构、基本原理、特性和应用做一系列的探讨。探讨过程湖北快三号码遗漏中可能用到的术语可以在附录B“术语表”中找到相应的解内蒙古快三跨度振幅释。
                 
                2.BLDC结构和基本工作原理 
                 
                BLDC属于同步电机的一种,这就意味着它的定子产生ζ的磁场和转子产生的磁场是同频率的,所以BLDC并不会产生普通感应电机的频差现象。BLDC中』又有单相、2相和
                 
                3相电机的区〗别,相类型的不同决定其定子线圈绕组的多少。在这里我们将集中∑ 讨论的是应用最为广泛的3相BLDC。 
                 
                2.1 定子 
                 
                BLDC定子是由许多硅钢片经过叠压一分快三免费和值计划和轴向冲幸运快三人工计划压而成,每个冲槽内都有一定的线圈组成了绕组,可以福彩湖北快三开奖查询参见下图。从传统意义上讲,BLDC的定子和感应电机的定子有点类似,不过在定子绕组的分布上¤有一定的差别。大多数的BLDC定子有3个呈星行★排列的绕组,每个绕组又由许多内部结合的钢片按照一定的方式组成,偶数个绕组分布在定子的周@围组成了偶数个大发快三大小单双磁极。
                 
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                图2.1.1. BLDC内部结构
                 
                BLDC的定子绕组可以分为梯形和正弦两种绕组,它们的根本区别在于由于绕组的不同连接方式使它们产生的反电动势(反ζ电动势的相关介绍请参加EMF一节)不同,分别呈现梯形和正弦波包赔快三导师形,故用此◎命名了。梯形和正弦绕组♀产生的反电动势的波〖形图如下图。
                 
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                另外还需要对反电动势的一点说明就是绕组的不同其相电流也快三十的女人想法是呈现梯形和正弦波形,可想而知正弦绕组由于波形平滑所以运行起来相对梯形绕组来说就更平稳一些。但是,正弦型绕组由于有更多绕组使得其在铜河河南快三走势图线的使用上就相对梯形绕组要多。
                 
                平时由于应用电压的不同♀,我们可以根据需〓要选择不同电压范围的无江苏老快三走势图势图刷电机。48V及其以下应用♀电压的电机可以用在汽车、机器人、小型机械快三打对子视频臂等方面。100V及其以快三绝密公式算单双大小上电压范围的电机可以用在专用器具、自动控制以及工业生产领域。
                 
                2.2 转子
                 
                定子是2至8对永磁体」按照N极和S极交替排列在转子周Ψ围构成的(内转子型),如果是外转子型BLDC那么就是贴在转子内壁咯。如图2.2.1所示;
                 
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                图2.2.1 转子磁极排∴布
                 
                2.3 霍快三中奖助手下载尔传感器 
                 
                与有刷直流电机不同,无刷直流电贵州快三开奖结果50期机使用电子方式换向。要使BLDC转起来,必须要按照一定的顺序给定子通电,那么我们就需要知道转子的位置以便按照通电次序给相应的定子线圈通电。定子的位置是由嵌入到█定子的霍快三中奖助手官方尔传感器感知的。通常【会安排3个霍尔传感器在转子的旋快三豹子最大遗漏转路径周围。无论何时,只要转子的磁极掠过霍尔元件时,根据秦皇岛快三形态走势图转子当前磁极的极性霍尔元件会输出对应的高或大发快三大小技巧低电平,这样只要根据3个霍尔元件产生的电平的时序就可以判断当△前转子的位置,并相应的对定子绕组进行通电。 
                 
                霍尔效应:当通电「导体处于磁场中,由于磁场的作用力使得导体内的〒电荷会向导ㄨ体的一侧聚集,当薄平板通电大发快三害死人导体处于磁场中时这种效应更为大发快三计划网页版明显,这样一侧聚集了电荷的导体会抵消磁场的这种影响,由于电荷在导体一侧的聚集,从而使得导体两侧产甘肃快三一定牛生电压,这种现象就称为霍尔效应,E.H霍尔在1879年发现了这一现象,故以←此命名。
                 
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                图2.3.1 霍尔传感器测卐量原理
                 
                图 2.3.1显示了NS磁极交替排列的转子的横截面。霍尔元件安放在电机的幸运快三能作弊吗固定位置,将霍尔元件安彩经网江苏快三大小走势图放到电机的定子是比较复杂的,因为如果安放湖北快三正文专业预测时位置没有和转子的磁场相切那么就可能导致霍尔元件的测量值不能准确的反应转子当【前的位置,鉴于以上原因,为了简化霍尔元件的安ω装,通常在电机的转子上安装一颗冗余的磁体,这个磁体专门用来感应霍尔元件→,这样就能起』到和转子磁体感应的相同效果,霍尔元件一湖北快三开奖结果最准的般按照圆周安放在印刷电湖北快三精准预测号码路板上并配备了调节盖,这样用户就可以根据磁场的方向非常方便的调节霍尔元件舞曲快三歌曲大全的位置以便使它工作幸运快三开奖结果今天在最佳状态。 
                 
                霍尔元件位置的安排上,有60°夹角和120°夹角两种。基于这种摆放形式,BLDC的电流换向顺序由制造厂商¤制定,当我们控制电机的时候就需要用@ 到这种换向ω 顺序。
                 
                注意:霍尔元件的电压范围从4V到24V不等,电流范围从5mA到15mA不等,所以在考虑控制器时要考虑到霍尔爱河北快三统计图表元件的电流和电压要求。另外,霍尔元件输出集电极开路,使用时需要接上拉电阻。
                 
                2.4 操作原理 
                 
                每一次换向都会有@ 一组绕组处于正向通电;第二◆组反相通电;第三组不通√电。转子永磁体的磁场和定子钢片产生的磁场相互作用就产生了〓转矩,理论上,当这两个磁场江苏快三玩法规则夹角为90°时会产生最大福彩快三有什么技巧的转矩,当这两个磁场重合时转矩变为0,为了使转子不停的转动一分快三计划软件手机版,那么就需要上海的快三开奖号码按顺序改变定子的磁场,就像转子的磁场一直在追赶定子的磁场一样。典型的“六步电流换向”顺序图展◥示了定子内绕组的通电次序。 
                 
                2.5 转矩/转速特性 
                 
                图 2.5.1  转矩和速度特性显≡示了转矩和转速特性。BLDC一共有¤两种转矩度量:最大转矩和吉林快快三大小计划额定转矩。当电机连续运转的时候表现出来的就是额定转矩江苏快三助手下载。在无刷电机达到额湖北省快三走势图今天定转速之前,转矩不变,无刷电机最高转速可以湖北快三形态走势图达到额定转速的150%,但是超速时电机的转矩会相应下降。 
                 
                在实■际的应用中,我们常常会让带负载的电机启动、停转和逆向运行,此时就需要比额定∞转矩更大的转矩。特别是当∮转子静止和反方向加速时启动电机,这个时候就需要更▲大的转矩来抵消负载和江苏福彩快三新浪网转子自身的惯性,这个时候国家有福利彩快三吗就需要提供最大的转矩一直到电机进入正向转矩曲线阶段。
                 
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                图2.5.1 转矩和速度特性
                 
                3. 换向时序
                 
                图2.6.1显示了霍尔元件的输出、反电动势和相电流的关系。图2.6.2显示了▲根据霍尔元件输出的波形应该绕组通电的时快三2同号最遗漏序。
                 
                图2.6.1中的通电序号对应的就是湖北今日快三开奖号码昨天图2.6.2中的序号,每隔60°夹角其中一个霍尔元件就会改变一次其内蒙快三最大遗漏输出特性,那么一圈(通电周期)下来就会有快三开奖结果北京今天6次变化,同时相电流也会每60°改变一次。但是,每完成一个通Ψ电周期并不会使转子转动一周,转子转动一周需要的通电】周期数目和转子上的磁极的对数相关,转子有多少对磁▼极那么就需要多少个通电周期。
                 
                图2.6.3是关于使用MCU控制々无刷电机的原理图,其中微控制怎样跳好快三器PIC18FXX31控制Q0-Q5组成的驱动电路按照一定的时序为BLDC通电,根据电机电压和电流的不同可以选择不同的驱动电路,如MOSFET、IGBT或者直接使用双极性三极管。
                 
                表2.6.1和表2.6.2表示的是基于霍尔输入时在A、B、C绕组上的通电时序。表2.6.1是转子顺时针转动ξ 的时序,表2.6.2是转子逆时针转动的时序。上面两个表格显←示的是当霍尔元件呈60°排列时的驱幸运快三代玩50 500动波形,前面也提到霍尔元件还可甘肃快三和值走势图以呈120°的夹角河北快三形态走势排列,那么这个时候就需要相应的驱动波形,这些波形都可以在电机生产商内蒙古快三走势和直的资料里找到,应用〗时需要严格遵守通电时序。
                 
                无刷直流电机:原理、优势、应用!
                图2.6.1 BLDC运行时序
                      
                无刷直流电机:原理、优势、应用!
                图2.6.3 无刷电机的驱动原理图
                 
                如图 2.6.3所示,假设驱动电压和电机运行时的电压相等(包括驱动电路◇本身的损耗),当PWMx按照给定甘肃快三今天预测号的时序开和关时无刷电机将会以额定福彩快三江苏一月走势图的转速旋转。为了调速,我们使用远高于电机运转频率的PWM波驱动电机,通常我们需要至少10倍于电机最高频率的PWM驱动波形。当PWM驱动波形的◣占空比变化时,使得其在定子上的有效电压变化,这就实现了︼无刷电机的调速,另外,当驱↓动电源电压高于电机本身的额定电压时,我们可以调节PWM的占空比来使得驱动电源电压适合电机的额定河南快三中奖助手驱动电压。可想而知,我们可幸运快三实时计划表以使用同一个控制器去挂接不同额定电压的电机,此时只需要用控制器改变一下PWM的占空比就■行了∮。另外还有一种控制方式:当微控制√器的PWM输出不ζ够用时,可以在快三怎么看走势图整个通电时序内将上臂一直导通(即上臂不使河南福彩快三基本走势图用PWM)而快三速查表高清图下臂使用PWM驱动。 
                 
                图 2.6.3中连吉林快三跨度和值表接数字和模拟转换通道的分压电路提供了一定速度的参考电压,有了这个电压,我们就可以计算PWM波∞形的有效值。
                 
                3.1 闭环控制 
                 
                我们可以通过闭环测量当≡前电机的转速而达到控制电机的转速的目的▃,我们通过计算★期望转速和实际转速的误差,然后使用PID算法去调福彩快三安徽开奖节PWM的占空比以达到控制电机转速的目的。 
                 
                对快三开奖结果甘肃快3于低成本,低转河南快三走势图时时乐速的应用场合,可以快三开奖助手下载安装使用霍尔传感器获得转速反馈。利用PIC18FXX31微控制器本身的一个定时器去测量两个霍尔元件输出信号,然后根据这个信号得出╱实际的转速。 
                 
                在高转速应用场合,我们可以在电机上装上光电编码器』,可以利用其输出相差90°的信号进行转速和转∞向的测量。通常,光电编码器还可潮信快三群骗局揭秘以输出PPR信号,使得可以进行较精确的转子定位,编码器的编码刻度可以上百甚至上千,编码刻度越多,精度越高。
                 
                4. 反电动势(BACK EMF) 
                 
                根据楞次定律,当BLDC转动时其绕组会产生与绕组两端ㄨ电压相反方向的反↙向电压,这就是→反电动势(BACK EMF)。记住,反电动势和绕组所加电压是反向的。决≡定反电动势的主要因素有以下几点: 
                 
                 · 转子的幸运快三开奖实时结果角速度; 
                · 转子永磁体的磁河北福彩快三走势图场强度; 
                · 每个定子绕组缠绕的线安徽福彩快三一定牛圈数量。 
                计算反电动势的公式:Back EMF = (E) ∝ NlBw 其中: 
                · N为每相绕组内蒙快三走势图一定牛的线圈数量 
                · L转子的长度 
                · B为转子∏的磁通密度 
                · W为转子的角速△度 
                 
                当电机一旦做好,那么其绕组的线圈数量和永磁体的磁通密Ψ度就定了,由快三舞步教学公式可知,唯一决快三舞曲播放英文版定反电动势的量就是转子的角速度(也可以换算为线速度)且角速度和反电动势成正比。厂家一般会提供电机的反电动势常量,通过它我们可以用来◎估计某一转速下反电动势的大小。 
                 
                绕组上的电压等于供电电压减去反电动势,厂家在设计电机的时候会选取适↙当的反电动势常量以便电机工作时有快三舞的舞曲大全足够的电压差可以使电机达到额定快三歌舞曲下载转速并具有足够的转矩。当电机超过幸运快三app下载额定转速工作时,反电动势会持续上升,这时上海快三综合走势图和值加在电机绕组间的有效电压会下降,电流会减★少,扭矩会下降,当反电动势和供电电压相等的时候,电流降为0,扭矩为0,电机达@到极限转速
                 
                5. 无传感器BLDC控制
                 
                目前为止,我们所讨论的都是基于霍尔元件获取电机转子位置的换向器控制方¤式,其实可以直接通过测量网上买福彩快三合法吗电机反电动势而知道转子的位置今天内蒙快三开奖结果,在 图 2.6.1中已经可以比较清晰的看出反电动势和霍尔元件输出信号之间的关系。 
                 
                通过前些章节的讨论,我们可々以看出在任何时候,电机的绕组都是有一相为正向通电、一相为反向︼通电和另外一相为不通电。当某相反电动势反向的时候霍尔传感器的@ 输出也跟着变化。理想状态下,霍尔元件的输出会在相反电动势过零的时候发生改变幸运快三官网投注,实际应用时会有一段小的延迟大发快三平台邀请码,这种延迟可以通过微控制器补偿。 
                 
                无刷直流电机:原理、优势、应用!
                图 3.1.1为利用∮反电动势过零检测的方式来控制BLDC。
                 
                图3.1.1 过零↓检测电机控制
                 
                还有一方面需要考♀虑:当电机转速比较低的时候,反电动势会比较小,以致过零检测电路无刷快三是什么意思啊法正常检测,这个时候在快三步舞曲今夜无眠电机启动阶段就需要使用开快三大小单双是骗局吗环控制,当电机启动到产生可以过零检测的反电动势转速时,系统就需要切换到过零检测控制模式,进行闭环∏控制。最低的过∴零检测转速可以根据电机的反电∞动势常量计算出来。根据这个原理安徽快三开奖结果爱彩乐,可以去除江苏快三开奖结果今天走势图解霍尔元件以及因其安装的辅助磁体,这样就可以简化制造节约成本。另外,除去了霍尔江苏快三开奖结果是元件的电机可以安装在一些粉尘和油污比较合肥竞彩快三开奖结果大的地方而无须为保证霍快三开奖结果查询一定尔的正常工作而定时进行清理,与此同时,这种免维护电机还可以安装在人很难触及的地╱方。
                 
                6. 选择合适卐的BLDC 
                 
                为实际应用选择合〇适的电机是至关重要的。根据电机的负载特性,需要确定合适的电机参数。其主◆要参数有以下几点: 
                 
                ·应用是的最大扭矩要求;
                ·平方根(RMS)扭矩需求; 
                ·转速要求。 
                 
                6.1 最大扭矩 
                 
                最大的扭矩可以通过将负载扭大快三是什么矩、转动惯量和摩擦力相加得到。另外,还有一些额外的因素影响最大需求扭矩如:气隙空气的阻力等,这就№需要至少20%的扭矩余量,综上所述,有以下等式: 
                 
                TP = (TL + TJ + TF) * 1.2 
                 
                TJ为电机启动或加速过程需要↑克服的转动力矩,其主要包括电机转▃子的转动力矩和负载的转快三计划网站动力矩,其表示为: 
                 
                TJ = JL + M * α 
                 
                上式中α为加速度,JL+M为定子和负载的转动力矩。电机的机械轴决定电机的负载力安徽快三开奖是多少矩和摩擦力。 
                 
                6.2 平方江苏快三大人工小计划根扭矩 
                 
                可以近似的认为平方根扭矩为实际应用中需要的持续输出扭矩。它由很多⌒因素决定:最大扭矩、负载扭矩、转动惯量、加速、减速以及运行时间。下面的等式表示了平方根扭矩的计算,其中TA为加速时间、TD为减速」时间和TR为运大发快三投注技巧行时间。 
                 
                TRMS = √ [{TP2 TA + (TL + TF)2TR + (TJ – TL – TF)2 TD}/(TA + TR + TD)] 
                 
                6.3 转速 
                 
                这是有应用需求的转速。比如,吹风机的转速需求是,最高▽转速和平均转速相差不大,显然在一些点对点定位系统如传送带和机械臂系统中就需要♀大转速范围的电机,可以根据电机的转速梯形曲线()确定↘电机的转速需求。通常,由于其∑ 他因素,在计算电机转速需求的时候需要留有10%余量。
                 
                无刷直流电机:原理、优势、应用!
                图6.3.1 转速梯形曲线
                 
                7. BLDC典型应用 
                 
                BLDC的应用十湖北快三一定牛分广泛,如汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等等。总的来说,BLDC可以分为以下三种主要用途: 
                 
                ·持续负载应用 
                ·可变负载应∑用 
                ·定位应用 
                 
                7.1 持续负载应用 
                 
                这种应用主要用于那些需要湖北快三走势图一定牛遗漏一定转速但是对转速精度要求不高的领域,比如风扇、抽水机、吹风气等一类的应用。通常这类应用成本比较低且多是开环控制。 
                 
                7.2 可变湖北快三必出号码预测负载应用 
                 
                这类主要指的是电机转速需要在某个范围内变化的应用,在这类应用中▲主要对电机的高转速特性和动态响应特性有更高的要求。家用器具中的洗衣机、甩干机和压缩机就是很好的例子。在汽车工业◣领域,油泵控制、电控制器、发动机控制和电子工具等也是很好的例子。在航空领域也有很多的应用,比如离心机、泵、机械臂、陀螺大发快三注册邀请码链接仪等等。这个领今天北京快三走势图域中多使用电机反馈器件组成半开环和闭环进行控制。这就需要复杂的控制算法,增加了控制器↑的复杂程度也增加了系统成本。 
                 
                7.3 定位应用 
                 
                大多数的工业控制和自♀动控制方面的应用属河北快三二同号推荐号码于这个类别。在这些应用中往往会完成能量的输送,如齿轮或者传送带,因此系统对电机的转速的◣动态响应和转矩有特快三交谊舞别的要求,同时这些应用也可能需要随公益彩票里十分快三时的改变电机的转向,电々机可能工作在匀速,加速,减少阶段,而且有可能在这些阶段中负载也在变化,所以这对控制器提出了更高的要求◥,通常这种控制使用闭环控制,甚至会∞有扭矩环、速度环和位∴置环三个控制环。测速◢时可能会用上光电编码器和一些同步福彩快三跨度图设备。有时候这些传感器会被用于测量相对位置,也有时候用于测量绝湖北快三的和值走势图对位置。过程控制、机械控制和运输控今天上海快三开奖今天制很多都属于这类应用。
                 
                8. 总结 
                 
                总的来说,无刷电机相对传统的有刷电机、感应电机而言,它拥有【高的转速/扭矩比、好内蒙快三早知道推荐号动态特性╱、高效率、长寿命、低噪声、宽转速范围和制造容易等等优良特性。特别是去单位体积的功率输出特性使得其可以用于内蒙古福彩快三预测分析对尺寸和重量敏感的场合。这些优良的特性使得BLDC在工业交谊舞快三技巧控制领域、汽车工业、航空航天等等领域有着非常广泛的应用!
                 
                 
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