无刷电机工作及控制原理图文解析

发布时间：2024-02-17 10:34:04 | 作者: 雷竞技官网官方网站入口

  首先给大家复习几个基础定则：左手定则、右手定则、右手螺旋定则。别懵逼，我下面会给大家解释。 左手定则，这个是电机转动受力分析的基础，简单说就是磁场中的载流导体，会受到力的作用。

  让磁感线穿过手掌正面，手指方向为电流方向，大拇指方向为产生磁力的方向，我相信喜欢玩模型的人都还有一定物理基础的哈哈。 右手定则，这是产生感生电动势的基础，跟左手定则的相反，磁场中的导体因受到力的牵引切割磁感线产生电动势。

  让磁感线穿过掌心，大拇指方向为运动方向，手指方向为产生的电动势方向。为何需要讲感生电动势呢?不知道大家有没有类似的经历，把电机的三相线合在一起，用手去转动电机会发现阻力非常大，这就是因为在转动电机过程中产生了感生电动势，由此产生电流，磁场中电流流过导体又会产生和转动方向相反的力，大家就会感觉转动有很大的阻力。不信可以试试。

  ▲三相线合并，电机转动阻力非常大 右手螺旋定则，用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的N极。

  这个定则是通电线圈判断极性的基础，红色箭头方向即为电流方向。 看完了三大定则，我们接下来先看看电机转动的基本原理。

  我们找到一个中学物理学过的直流电机的模型，通过磁回路分析法来进行一个简单的分析。

  当两头的线圈通上电流时，根据右手螺旋定则，会产生方向指向右的外加磁感应强度B(如粗箭头方向所示)，而中间的转子会尽量使自己内部的磁感线方向与外磁感线方向保持一致，以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了。 当转子磁场方向与外部磁场方向垂直时，转子所受的转动力矩最大。注意这里说的是“力矩”最大，而不是“力”最大。诚然，在转子磁场与外部磁场方向一致时，转子所受磁力最大，但此时转子呈水平状态，力臂为0，当然也就不会转动了。补充一句，力矩是力与力臂的乘积。其中一个为零，乘积就为零了。 当转子转到水平位置时，虽然不再受到转动力矩的作用，但由于惯性原因，还会继续顺时针转动，这时若改变两头螺线管的电流方向，如下图所示，转子就会继续顺时针向前转动，

  如此不断改变两头螺线管的电流方向，内转子就会不停转起来了。改变电流方向的这一动作，就叫做换相。补充一句：何时换相只与转子的位置有关，而与其他任何量无直接关系。

  一般来说，定子的三相绕组有星形联结方式和三角联结方式，而“三相星形联结的二二导通方式”最为常用，这里就用该模型来做个简单分析。

  上图显示了定子绕组的联结方式(转子未画出假想是个二极磁铁)，三个绕组通过中心的连接点以“Y”型的方式被联结在一起。整个电机就引出三根线A, B, C。当它们之间两两通电时，有6种情况，分别是AB,AC, BC, BA, CA, CB注意这是有顺序的。

  当AB相通电，则A极线圈产生的磁感线方向如红色箭头所示，B极产生的磁感线方向如图蓝色箭头所示，那么产生的合力方向即为绿色箭头所示，那么假设其中有一个二极磁铁，则根据“中间的转子会尽量使自己内部的磁感线方向与外磁感线方向保持一致”则N极方向会与绿色箭头所示方向重合。至于C，暂时没他什么事。 ▼第二阶段：AC相通电

  为了节省篇幅，我们就不一一描述CACB的模型，你们可以自己类推一下。以下为中间磁铁(转子)的状态图：

  我们再来看一个复杂点的，图(a)是一个三相九绕组六极(三对极)内转子电机，它的绕组连线方式见图 (b)。从图(b)可见，其三相绕组也是在中间点连接在一起的，也属于星形联结方式。一般而言，电机的绕组数量都和永磁极的数量是不一致的(比如用9绕组6极，而不是6绕组6极)，这样是为了防止定子的齿与转子的磁钢相吸对齐。

  其运动的原则是：转子的N极与通电绕组的S极有对齐的运动趋势，而转子的S极与通电绕组的N极有对齐的运动趋势。 即为S与N相互吸引，注意跟之前的分析方法有一定的区别。 好吧，还是再帮大家分析一下吧，

  看完了内转子无刷直流电机的结构，我们来看外转子的。其区别就在于，外转子电机将原来处于中心位置的磁钢做成一片片，贴到了外壳上，电机运行时，是整个外壳在转，而中间的线圈定子不动。外转子无刷直流电机较内转子来说，转子的转动惯量要大很多(因为转子的主要质量都集中在外壳上)，所以转速较内转子电机要慢，通常KV值在几百到几千之间。也是航模主要运用的无刷电机顺便啰嗦一下吧。无刷电机KV值定义为：转速/V，意思为输入电压每增加1伏特，无刷电机空转转速增加的转速值。比如说，标称值为1000KV的外转子无刷电机，在11伏的电压条件下，最大空载转速即为：11000rpm(rpm的含义是：转/分钟)。 同系列同外形尺寸的无刷电机，根据绕线匝数的多少，会表现出不同的KV特性。绕线匝数多的，KV值低，最高输出电流小，扭力大;绕线匝数少的，KV值高，最高输出电流大，扭力小。我先前测试过穿越机2204电机的极限电流，单电机能彪上25A，而2212系列电机15A都上不了。

  分析方法也和内转子电机类似，大家能自己分析一下，根据右手螺旋定理判断线圈的N/S极，转子永磁体的N极与定子绕组的S极有对齐(吸引)的趋势，转子永磁体的S极与定子绕组的N极有对齐(吸引)的趋势，从而驱动电机转动。 经典无刷电机2212 1000kv电机结构分析。

  其结构如下：定子绕组固定在底座上，转轴和外壳固定在一起形成转子，插入定子中间的轴承。

  后面画出了6种两相通电的情形，能够准确的看出，尽管绕组和磁极的数量可以有许多种变化，但从电调控制的角度看，其通电次序其实是相同的，也就是说，不管外转子还是内转子电机，都遵循AB->

  后面画出了6种两相通电的情形，能够准确的看出，尽管绕组和磁极的数量可以有许多种变化，但从电调控制的角度看，其通电次序其实是相同的，也就是说，不管外转子还是内转子电机，都遵循AB-CB的顺序进行通电换相。当然，如果你想让电机反转的话，电子方法是按倒过来的次序通电;物理方法直接对调任意两根线，假设A和B对调，那么顺序就是BA->

  CB的顺序进行通电换相。当然，如果你想让电机反转的话，电子方法是按倒过来的次序通电;物理方法直接对调任意两根线，假设A和B对调，那么顺序就是BA-

  ▲CB相通电 要说明一下的是，由于每根引出线同时接入两个绕组，所以电流是分两路走的。这里为使问题尽量简单化，下面几个图中只画出了主要一路的电流方向，还有一路电流未画出，另一路电流的详细情况放在后面做多元化的分析，涉及到电路检测换相位置。

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  很早之前就想做一款无刷电机控制器，忙于工作始终没弄。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实际上的意思就是直流电机，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。 因为少了电滑环的摩擦所以寿命

  引言 近几年来，随着电力电子技术的快速的提升，永磁无刷直流电机的本体及其相关控制技术获得迅猛的发展。永磁无刷直流电机有着噪音低、效率高、控制简单、功率密度高等诸多优点，因此在交通、航空、航天、军工、伺服控制以及家电领域得到普遍应用。 对方波型无刷直流电机的控制方式主要有H_PWM_L_0N调制方式、H_ON_L_PWM调制方式、H-PWMLPWM调制方式等。 本文介绍如何用80C196MH来实现H_WM_L_0N调制方式，并在上管进行PWM调制时，对应下管进行互补PWM调制，改进了电机减速停机性能，从而更好地对电机转速来控制。Intel80C196MH是专门为电机高速控制所设计，它是由CHMOS电路构成，功

  此文的主要评测对象是基于NUCLEO-G431RB 开发板实现电机控制的软硬件环境。 硬件环境： 控制板：Nucleok-G431RB；功率控制板：X-NUCLEO-IHM07M1；受控电机：BR2804-1700KV-1无刷电机； 软件环境： 电机参数设置及配置工具：ST Motor Control SDK 5.4.3工程代码的生成工具：STM32CubeMX；应用功能开发工具：STM32CubeIDE 一、硬件介绍 本次电机控制的功率板是X-NUCLEO-IHM07M1，板载两颗主要的集成电路器件是 L6230PD和TSV994IPT, 分别提供无刷电机的功率控制和电机运转信号的放大，提供给ADC采样分析。 ▲

  传统的直流无刷电机采用方波控制方式，控制简单，容易实现，同时存在转矩脉动、换相噪声等问题，在一些对噪声有要求的应用领域存在局限性。针对这些应用，采用正弦波控制能很好的解决这样的一个问题。 直流无刷电机的正弦波控制简介 直流无刷电机的正弦波控制即通过对电机绕组施加一定的电压，使电机绕组中产生正弦电流，经过控制正弦电流的幅值及相位达到控制电机转矩的目的。与传统的方波控制相比，电机相电流为正弦，且连续变化，无换相电流突变，因此电机运行噪声低。 根据控制的复杂程度，直流无刷电机的正弦波控制可分为：简易正弦波控制与复杂正弦波控制。 （1）简易正弦波控制： 对电机绕组施加一定的电压，使电机相电压为正弦波，由于电机绕组为感性负载，因此电机相电流也为

  摘 要：介绍了一种利用双口RAM实现DSP与单片机高速数据通信的方法，给出了它们之间的接口电路以及软件实现方案。 关键词：DSP；双口RAM；接口电路；数据通信 直流无刷电机实际属于永磁同步电机，一般转子为永磁材料，随定子磁场同步转动。这种电机结构相对比较简单，而且由于移去了物理电刷，使得电磁性能可靠，维护简单，从而被大范围的应用于办公自动化、家电等领域。直流无刷电机运行过程要进行两种控制，一种是转速控制，也即控制提供给定子线圈的电流；另一种是换相控制，在转子到达指定位置改变定子导通相，实现定子磁场改变，这种控制实际上实现了物理电刷的机制。因此这种电机需要有位置反馈机制，比如霍尔元件、光电码盘，或者利用梯形反电动势特点

  无刷电机启动不起来的原因 无刷电机启动不起来的原因可能有很多，以下是一些常见的问题和解决办法： 电源问题：检查电源是不是正常，电压是否足够，电源线是否连接良好。 控制器问题：无刷电机需要配合专门的控制器使用，检查控制器是否正确配置和连接，是否故障。 传感器问题：无刷电机一定要通过传感器来检测转子的位置和速度，检查传感器是不是正常。 机械问题：检查电机转子是否卡住或者电机机械部分是不是真的存在故障。 程序问题：无刷电机一定要通过控制器进行调速，检查程序是不是正确。 如果以上问题均排除，建议检查电机线路连接是不是正确，是否短路或开路，或者将电机连接到其他控制器或电源上测试，以确认是不是控制器或电源的问题。如果您仍然无法解

  随着电力电子技术，新的永磁材料以及具有快速运算能力的 DSP （数字信号 处理器 ）的发展，直流 无刷电机 应用日益普及。直流无刷电机具有和直流电机相似的优良调速性能，又克服了直流电机采用机械式换向装置所引起的换向火花、可靠性低等缺点，且具有体积小、重量轻、效率高、电机的形状和尺寸灵活等优点，因此大范围的应用在伺服系统、数字控制机床、电动车辆和家用电器各领域，成为现代伺服技术的主方向。 本文的主要内容是基于DSP芯片MC56F8323的直流无刷电机控制器的硬件设计。最重要的包含电流环、速度位置环和IPM（智能功率模块）驱动电路的硬件设计。 2 控制器系统设计 2.1 系统硬件框架设计 MC56F832

  控制器的硬件设计 /

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