无刷电机入门

article/2025/8/22 7:21:46

FOC汇总:  Arduino SimpleFOC - 中文官网 、SimpleFOC教程链接汇总、稚晖君。

一、有刷电机:

        有刷电机是大家最早接触的一类电机,例如很多电动小玩具,或者很多家用的吹风机里面的电机都是有刷电机。

         动图中可以看到,电刷与换向器不断接触摩擦,在转动中起到导电和换相作用。就会造成碳刷的磨损,需要定期更换。

        有刷电机的控制相对简单,只需要在电机的两极施加电压或者PWM波即可。

二、无刷电机: 

        无刷电机相比于有刷电机,最大的特点是没有电刷,这就带来了性能佳,寿命长等优点。

无刷电机分为下面两类:

  1. 无刷直流电机(BLDC):方波驱动,航模上用的都是这种
  2. 永磁同步电机(PMSM):正弦波驱动,性能比BLDC更优,但算法更复杂

 无刷电机的控制系统包含以下部分:

  1. 无刷电机
  2. 三项驱动
  3. 控制系统
  4. 速度反馈(霍尔传感器直接读取转子位置让控制系统进行信号控制)

BLDC六步换向方波控制法:

        类似于步进电机,每对线圈按一定规律进行通断即可,每次两两导通,驱动简单,但缺点明显,输出转矩不恒定,电机震动大

tips:步进电机转动的最小单位是一个步距角,无刷电机是连续运转,所以两者并不一样


FOC控制: SimpleFOC教程链接汇总、稚晖君。

        FOC直译是磁场定向控制,也被称作矢量控制,是目前BLDC和PMSM最优的控制方法之一,三相同时工作,FOC精确控制磁场大小与方向,使电机平稳高效运转。

无传感器无刷电机启动的方法:

        无刷电机需要对速度和位置进行测量,测量就有传感器读取和无传感器估计(有的电机因为条件限制没有能安装传感器)的方案,对于无传感器的电机有专门的启动方法

三段式启动法:

        预定位:确定转子的初始位置,通过变化磁场, 让转子转到特定的位置

        加速运行:让转子加速转动起来

        开环切入闭环:当反电动势检测稳定的时候,说明电机速度达到无位置传感器运行的要求,可以切入闭环状态

电调和FOC控制的区别:


无刷电机相关参数:

尺寸:

        如某电机是2216,表示定子外径是22mm,定子高度是16mm。定子外径和定子高度与电机的功率成正比,2218的比2212的电机定子高度高,肯定是功率同样也大。注意:此尺寸是指定子的,不是指电机外型尺寸。常见尺寸有:2212、2808、5008等。

槽数和极数:

        1)槽数(N):定子铁芯的槽数量。无刷电机是三相电机,所以槽数是3的倍数。
        2)极数(P):转子上磁钢的数量,磁铁必定是南北极成对使用,极数必然是偶数。

        3)槽数和极数特点

                a、槽数(N)和极数(P)都与最高转速成反比,就是槽数(极数)越小,电机的最大转速越高。如9N12P的最高转速比12N14高。
                b、在槽数(N)相同的情况下,极数§与扭力成正比,极数越大,扭力越大。
                c、一般情况下,槽数(N)和极数§越大,电机顿挫感越小(在电机不带电的时候,用手转动电机,会感觉一卡一卡的顿挫感),理论上电机振动会更少,但槽数多了后很难做好动平衡。

KV值:

        无刷电机KV值定义为转速/V,意思为输入电压增加1伏特(V),无刷电机空转转速(转/分钟)增加的转速值。从这个定义来看,电压与电机空转转速是遵循严格的线性比例关系的,并且是常量,无论电机在那个工作电压,电压和转速的关系都遵从值。

KV值高KV低KV
定子线圈绕线匝数
最高输出电流
相同电压下扭矩
相同电压下转速
匹配螺旋桨直径

外转子、内转子:

        1)外转子:定子在里面,转子在外面叫外转子,外转子扭矩比较大,KV值低。

        2)内转子:跟外转子相反,内转子是定子包着转子,转动的时候,只是转子转动(外壳不转)。内转子扭矩比较小,KV值高。


有刷电机和无刷电机的对比:

有刷无刷
使用范围应用范围广,需要定期更换碳刷控制要求高,转速高的设备
控制方式控制简单电调控制:简单。FOC控制:比较复杂
启动比较电机响应速度快,起动扭矩大
(可带大负载),几乎无振动
起动电阻大(抗),起动和制动时运行不平稳,
起动时带动负荷较小,振动大,只有在速度
恒定时才会平稳
控制精度一般配合减速箱和编码器一起使用,
使输出扭矩大,控制精度高,精度
可达0.01mm,精密机床一般都使用
这种电机
无刷电机启动和制动不平稳,必须通过定位销
或者和限位器才能停在想要的位置上
节能方面略差无刷电机采用变频技术控制会比有刷电机节能
很多,最典型的就是变频空调和冰箱。
日后维护需定期更换碳刷无刷电机,使用寿命很长,通常是有刷电机的
10倍以上
干扰,噪音,顺畅方面因为有刷,会产生电火花不会产生电火花

参考:

无刷电机介绍_【ql君】qlexcel的博客-CSDN博客_无刷电机

有刷电机与无刷电机的区别,就是这么简单明了:_Ai_mydream的博客-CSDN博客_有刷电机和无刷电机的区别


http://chatgpt.dhexx.cn/article/P0BQdiNj.shtml

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