實(shí)戰(zhàn)！復(fù)旦微電子資深技術(shù)專家，詳解《直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)》
時(shí)間：2021-10-20 16:50:44
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微電子
直流無(wú)刷電機(jī)
無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)
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[導(dǎo)讀]【導(dǎo)讀】無(wú)刷直流電機(jī)（BrushlessDirectCurrentMotor,BLDCM）克服了有刷直流電機(jī)的先天性缺陷，以電子換向器取代了機(jī)械換向器，所以無(wú)刷直流電機(jī)既具有直流電機(jī)良好的調(diào)速性能等特點(diǎn)，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)換向火花、運(yùn)行可靠和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。本次直播，復(fù)旦...
【導(dǎo)讀】無(wú)刷直流電機(jī)（Brushless Direct Current Motor, BLDCM）克服了有刷直流電機(jī)的先天性缺陷，以電子換向器取代了機(jī)械換向器，所以無(wú)刷直流電機(jī)既具有直流電機(jī)良好的調(diào)速性能等特點(diǎn)，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)換向火花、運(yùn)行可靠和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。本次直播，復(fù)旦微應(yīng)用工程師朱思鵬先生將為您詳細(xì)解讀《直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)》。
電機(jī)的種類劃分非常多，而“BLDC電機(jī)”具有較高的效率和良好的操作性，可以廣泛應(yīng)用于家用電器、電動(dòng)工具、工業(yè)控制、無(wú)人機(jī)等諸多領(lǐng)域。
在10月15日的直播中，復(fù)旦微電子MCU產(chǎn)品線資深技術(shù)工程師朱思鵬，為大家講解了直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)，具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：一、直流電機(jī)工作原理二、有感六步方波驅(qū)動(dòng)三、FOC驅(qū)動(dòng)原理四、SVPWM控制五、電流采樣六、角度估算
下面咱們來(lái)介紹一下直播內(nèi)容。
1、直流電動(dòng)機(jī)工作原理
直流有刷電機(jī)有機(jī)械換向器
直流無(wú)刷電機(jī)無(wú)機(jī)械換向器，有控制器
從上圖可以看到直流有刷電機(jī)與直流無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)區(qū)別。
2、有感六步方波驅(qū)動(dòng)
BLDC電機(jī)無(wú)傳感器，分析電動(dòng)勢(shì)。
反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子跳邊沿。
這個(gè)章節(jié)介紹了轉(zhuǎn)子電壓矢量、反電動(dòng)勢(shì)與跳邊沿的波形圖以及強(qiáng)拖啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行步驟。
3、FOC驅(qū)動(dòng)原理
方波有較大的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
矢量框圖分析。
FOC（Field-Oriented Control），即磁場(chǎng)定向控制，也稱矢量變頻，是目前無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）和永磁同步電機(jī)（PMSM）高效控制的最佳選擇。FOC精確地控制磁場(chǎng)大小與方向，使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、噪聲小、效率高，并且具有高速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
4、SVPWM控制
SVPWM每次需要導(dǎo)通三個(gè)MOS管。
0矢量不合成。
SVPWM是空間矢量脈寬調(diào)制的簡(jiǎn)稱。它的原理就是通過(guò)矢量合成，輸出SVPWM波形。從三相電壓的效果出發(fā)，著眼于如何使電機(jī)獲得理想圓形磁鏈軌跡。
5、電流采樣
A相采樣時(shí)間較短，咱們只采B和C相。
只有A相和B相有電阻。對(duì)PWM占空比有限制。
單電阻只采總線電流。本章節(jié)介紹了三電阻采樣、雙電阻采樣、單電阻采樣。
6、角度估算
此模型為滑模觀測(cè)器模型。
總結(jié)：
由于比機(jī)械換相電機(jī)（即“有刷”電機(jī)）提供的電效率和扭矩重量比更高，電子換相電機(jī)（即“無(wú)刷”電機(jī)）越來(lái)越受歡迎。無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)通常被定義為一種永磁同步電機(jī) (PMSM)，因采用集中式繞組，會(huì)產(chǎn)生梯形反電動(dòng)勢(shì)。這是它區(qū)別于其他 PMSM 電機(jī)的地方，后者因采用分布式定子繞組，產(chǎn)生的是正弦反電動(dòng)勢(shì)。
無(wú)刷直流電機(jī)通常使用梯形控制，但也會(huì)使用磁場(chǎng)定向控制。而普通 PMSM 電機(jī)通常僅使用磁場(chǎng)定向控制。梯形 BLDC 電機(jī)控制比磁場(chǎng)定向控制更簡(jiǎn)單，這種方法每次只有兩相通電，扭矩控制僅需一個(gè) PID 控制器，并且與磁場(chǎng)定向控制不同，它無(wú)需使用帕克和克拉克變換進(jìn)行坐標(biāo)變換。
我國(guó)作為全球家電電機(jī)生產(chǎn)數(shù)量最多的國(guó)家，電機(jī)往節(jié)能方向的發(fā)展具有重要意義。因此，BLDC無(wú)刷電機(jī)是最佳的解決方案。
隨著全球工業(yè)自動(dòng)化、智能化和人們生活水平的提高，BLDC無(wú)刷電機(jī)在汽車、家用電器、電子音像、信息處理設(shè)備，以及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。
未來(lái)BLDC無(wú)刷電機(jī)使用量比較大的應(yīng)用市場(chǎng)主要有汽車、5G、無(wú)人機(jī)/水下機(jī)器人、電踏車/電動(dòng)車、工業(yè)機(jī)器人、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、電動(dòng)工具、泵類和個(gè)人保健護(hù)理等十大潛力應(yīng)用領(lǐng)域。
雖然本期直播已經(jīng)結(jié)束了，但錯(cuò)過(guò)的小伙兒也不要著急，您可以復(fù)制以下鏈接觀看回放，或點(diǎn)擊左下“閱讀原文”直接進(jìn)入頁(yè)面觀看：https://live.21ic.com/live/play?live_id=21
電機(jī)的種類劃分非常多，而“BLDC電機(jī)”具有較高的效率和良好的操作性，可以廣泛應(yīng)用于家用電器、電動(dòng)工具、工業(yè)控制、無(wú)人機(jī)等諸多領(lǐng)域。
在10月15日的直播中，復(fù)旦微電子MCU產(chǎn)品線資深技術(shù)工程師朱思鵬，為大家講解了直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)，具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：一、直流電機(jī)工作原理二、有感六步方波驅(qū)動(dòng)三、FOC驅(qū)動(dòng)原理四、SVPWM控制五、電流采樣六、角度估算
下面咱們來(lái)介紹一下直播內(nèi)容。
1、直流電動(dòng)機(jī)工作原理
直流有刷電機(jī)有機(jī)械換向器
直流無(wú)刷電機(jī)無(wú)機(jī)械換向器，有控制器
從上圖可以看到直流有刷電機(jī)與直流無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)區(qū)別。
2、有感六步方波驅(qū)動(dòng)
BLDC電機(jī)無(wú)傳感器，分析電動(dòng)勢(shì)。
反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子跳邊沿。
這個(gè)章節(jié)介紹了轉(zhuǎn)子電壓矢量、反電動(dòng)勢(shì)與跳邊沿的波形圖以及強(qiáng)拖啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行步驟。
3、FOC驅(qū)動(dòng)原理
方波有較大的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
矢量框圖分析。
FOC（Field-Oriented Control），即磁場(chǎng)定向控制，也稱矢量變頻，是目前無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）和永磁同步電機(jī)（PMSM）高效控制的最佳選擇。FOC精確地控制磁場(chǎng)大小與方向，使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、噪聲小、效率高，并且具有高速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
4、SVPWM控制
SVPWM每次需要導(dǎo)通三個(gè)MOS管。
0矢量不合成。
SVPWM是空間矢量脈寬調(diào)制的簡(jiǎn)稱。它的原理就是通過(guò)矢量合成，輸出SVPWM波形。從三相電壓的效果出發(fā)，著眼于如何使電機(jī)獲得理想圓形磁鏈軌跡。
5、電流采樣
A相采樣時(shí)間較短，咱們只采B和C相。
只有A相和B相有電阻。對(duì)PWM占空比有限制。
單電阻只采總線電流。本章節(jié)介紹了三電阻采樣、雙電阻采樣、單電阻采樣。
6、角度估算
此模型為滑模觀測(cè)器模型。總結(jié)：
由于比機(jī)械換相電機(jī)（即“有刷”電機(jī)）提供的電效率和扭矩重量比更高，電子換相電機(jī)（即“無(wú)刷”電機(jī)）越來(lái)越受歡迎。無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)通常被定義為一種永磁同步電機(jī) (PMSM)，因采用集中式繞組，會(huì)產(chǎn)生梯形反電動(dòng)勢(shì)。這是它區(qū)別于其他 PMSM 電機(jī)的地方，后者因采用分布式定子繞組，產(chǎn)生的是正弦反電動(dòng)勢(shì)。
無(wú)刷直流電機(jī)通常使用梯形控制，但也會(huì)使用磁場(chǎng)定向控制。而普通 PMSM 電機(jī)通常僅使用磁場(chǎng)定向控制。梯形 BLDC 電機(jī)控制比磁場(chǎng)定向控制更簡(jiǎn)單，這種方法每次只有兩相通電，扭矩控制僅需一個(gè) PID 控制器，并且與磁場(chǎng)定向控制不同，它無(wú)需使用帕克和克拉克變換進(jìn)行坐標(biāo)變換。
我國(guó)作為全球家電電機(jī)生產(chǎn)數(shù)量最多的國(guó)家，電機(jī)往節(jié)能方向的發(fā)展具有重要意義。因此，BLDC無(wú)刷電機(jī)是最佳的解決方案。
隨著全球工業(yè)自動(dòng)化、智能化和人們生活水平的提高，BLDC無(wú)刷電機(jī)在汽車、家用電器、電子音像、信息處理設(shè)備，以及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。
未來(lái)BLDC無(wú)刷電機(jī)使用量比較大的應(yīng)用市場(chǎng)主要有汽車、5G、無(wú)人機(jī)/水下機(jī)器人、電踏車/電動(dòng)車、工業(yè)機(jī)器人、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、電動(dòng)工具、泵類和個(gè)人保健護(hù)理等十大潛力應(yīng)用領(lǐng)域。
雖然本期直播已經(jīng)結(jié)束了，但錯(cuò)過(guò)的小伙兒也不要著急，您可以復(fù)制以下鏈接觀看回放，或點(diǎn)擊左下“閱讀原文”直接進(jìn)入頁(yè)面觀看：https://live.21ic.com/live/play?live_id=21
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