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:
- 无刷直流电机(BLDC):方波驱动,航模上用的都是这种
- 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:
- 无刷电机
- 三项驱动
- 控制系统
- 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 | 少 | 多 |
最高输出电流 | 小 | 大 |
相同电压下扭矩 | 小 | 大 |
相同电压下转速 | 高 | 低 |
匹配螺旋桨直径 | 小 | 大 |
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