无刷电机概念与控制原理内转子无刷电机 转子在电机内部 转子在电机内部旋转 转子插入到定子的中间 定子是一堆线圈紧贴着电机的外壁 它是以电机的中轴输出转速和扭矩的
一、无刷电机的结构
1、基本的无刷电机由前盖、中盖、后盖、磁铁、硅钢片、漆包线、轴承、转轴组成。
2、从宏观上就不需要分得这么细,可以直接把电机分为定子和转子。
3、定子就是有绿色磁钢片上面绕了很多线圈的这一部分。
4、转子就是电机转动的部分,黑色的这一部分,转子可以输出电机的转速和扭矩。
5、无刷电机还可以分为内转子和外转子两种。
外转子无刷电机:定子在电机内部,转子在电机的外部,用电机的外壳来输出转速和扭矩。
内转子无刷电机:转子在电机内部,转子在电机内部旋转,转子插入到定子的中间,定子是一堆线圈紧贴着电机的外壁,它是以电机的中轴输出转速和扭矩的。
二、无刷电机的运动
1、直流无刷电机的驱动就是通过改变电机定子线圈电流交变频率和波形,在定子周围形成一个交变磁场来驱动转子的永磁体进行转动。
2、这里就是三个相电流在时间上的变换形式,这三个相电流的相位差是120度。输入三相电流后,电机定子产生旋转磁场驱动电机转子运动。
3、因此想要电机成功的驱动,我们应该研究如何产生和改变输入定子三相电流交变频率和波形。
研究还分为硬件电路部分和软件控制部分。
三、无刷电机硬件控制原理
1、无刷电机和有刷电机区别就是无刷电机没有电刷,因此无刷电机不能够如同有刷电机一样采用机械结构进行电流的换向。
2、无刷电机采用的是MOS管这样的器件进行换向,下图三个不同封装形式的mos,mos管的本质其实是一种开关,它可以控制电流的通断
3、比如下面这张图,通过控制不同mos管的通断组合,电机线圈里的电流大小和方向就能够被改变。
4、图里面的Q0和Q5是mos管的代号
5、这个引脚就是控制mos管的开关,我们用单片机控制这个引脚就达到了控制mos管的目的
6、当mos被打开,电流就会从正极通过mos管往下流
7、右边这个是无刷电机的一个定子模型
8、当我们把Q1和Q2管打开时,电流的流向如图所示,从A向进去,从B向出来。有人可能会问:“为啥不是从A向进去从C向出来?”,这其实可以自己尝试让电流从C向走,发现是走不通的。
9、根据右手螺旋定则,四指是电流方向,拇指则是磁场方向。
10、我们便可以判断出A向线圈和B向线圈上面是S级,下面是N级
11、而我们的转子可以抽象为一个磁铁,根据同性相斥,异性相吸原理,当我们把转子放到定子的中间位置,可以发现此时的转子转向就会像如果\图所示的那样,S级对着N级,N级对着S级。
12、那如何让电机继续旋转呢,我们只需控制mos管的通断,现在让Q1跟Q4打开,电流流向就会像下图右图那样,转子也就会继续旋转,直到N级对着S级,S级对着N级。以上就是无刷电机转子旋转的原理,我们只需要交替的控制mos开关组合,就能让电机一直旋转。
13、下图便是想要转子旋转一周,各个相的通电情况,我们只需控制mos管在相应的时机使各个相导通便能使电机旋转。
14、而这些mos管的开关规律,就是要通过我们单片机去写程序进行控制。
15、那控制这些mos管的程序怎么写呢?这就引出了一种电机控制算法,FOC控制算法,FOC控制实际上是一种对电机的运动,建立数学模型,把电机的运动进行抽象化和简化,使得单片机能够根据这种算法去对mos管进行控制,进而达到控制电机的效果。它的中文名也叫磁场定向控制算法
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