张飞电子工程师速成视频教程 第八部 硬件设计与开发-直流无刷电机驱动

张飞电子工程师速成视频教程 第八部 硬件设计与开发-直流无刷电机驱动

主要内容:
一、BLDC(直流无刷马达) 工作原理
二、学习有霍尔位置传感器 和无霍尔位置传感器的BLDC区别
①目前有位置传感器用的比较多,由于它能够准确采样转子的旋转位置,所以更能稳定可靠运行,控制方式相对来说也简单些。因此,在很多项目中得到大量使用。应用领域:特别适合大负载和静止启动的情况。比如,电动车、电动自行车、电动汽车、高铁等中均得到大量而广泛的应用。当然,毕竟马达上多个sensor ,在马达制作工艺方面增加了复杂度,增加了成本。同时,霍尔也存在一定几率的老化不良等问题,对电机的整个寿命产生一定的影响。
②由于有位置马达存在上述的弊端,无位置由于没有sensor工艺简单,同时更加安全可靠,所以在很多场合也得到比较多的应用。在一些复杂恶劣的环境、轻负载的情况下应用,比如风机,空调压缩机,汽车的冷却风扇等。但是,由于位置是根据马达的反电动势计算得来的,因此具有不可靠性。而且在马达静止情况下,由于不存在反电动势,因此转子的位置更加难以确定。所以,不适合马达在静止条件下使用。
③综上所诉,有位置的马达的驱动器比较简单,马达相对复杂,可静止启动。无位置控制的马达优点是马达简单控制器复杂,适合轻负载,非零转速启动或者在马达又一定转速下启动。
三、霍尔位置设计
四、高压和低压应用(供电和应用)
   如果是接电网,一般接高压,降低成本。接电网是用310V或者更高。还有一种户外移动电源供电,这种一般情况是做低压。那么,都有这么个代表。空调压缩机--高压;电动车--低压;随着bldc的快速发展,低压为代表的发展十分迅速,智能代步工具;机器人;电动工具;园林工具等等。高压和低压这两个方向发展十分巨大,快速发展的。
五、马达的转子、定子采样设计
   BLDC 分外转子和内转子,如何整合?
   外转子应用领域广泛:风扇马达、轮毂马达、多旋翼无人机航模,电动滑板。
  外转子和内转子相同工作下特性比较:外转子体积小,内转子大;但是,外转子结构复杂,强度不如内转子;
六、方波和正弦波介绍
从马达的反电动势波形来区别,可以分为正弦波和方波。这个主要是指反电动势,这个是由磁钢的充磁方向决定的。在区分马达是否正弦马达输出相两端的端电压,用手拨动马达旋转,如果端电压是正弦波就为正弦波马达,反之为方波马达。目前方波马达的控制技术成熟。正弦波复杂,驱动器控制差不多,未来空间大。但是目前主流仍是方波马达。
七、电压,转速,扭矩,功率之间关系
① 功率速度扭距转换公式
② 详细解释马达的转速与马达扭距之间的关系(从磁场切割的原理解释)
③ 详细解释马达的极对数,以及虚拟电机,马达电周期与机械周期之间的区别
④ 马达线圈扎数与马达扭距之间的关系;
⑤ 马达的电压与转速之间的关系,及马达的电流与转速,效率之间的关系,和如何调速。
   对于BLDC马达,一般情况下电压越高,转速越高;反之,电压越低马达的转速越低。从这个角度来说,实行调速,可以用PWM调速法。
第二个角度讲,定子由硅钢片合成,当线包通过电流,会产生涡流损耗,此涡流的平方和电流平方成正比,随着电流增大而增大,称为铁损,从线包的损耗称为铜损,和涡流的铁损,角度来讲,电流不应过大。
   当然,电压也不能够无限制的增加,随着电压的升高,一些马达控制逻辑是低压器件,存在电源转换,电压越高,电源转换付出的成本也就越多。另外,电压选择需要依靠外界提供的电能。所以在一个项目中选择马达根据情况酌情处理。
八、BLDC如何实行电压调速
本项目以三相bldc方波有位置传感器马达为实例,用全硬件的方式来搭建驱动器电路。
①三相桥电路的设计:mosfet的选型和设计;mosfet充放电电路的设计;
②半桥驱动电路的选型和讲解;
③自举充电电路的讲解:如何实现自举电容充电?
④半桥驱动前级,复杂逻辑电路如何实现?分以下几个方面:
   如何用全硬件的方式实现马达正转?
   如何实现马达的停止?
   如何实现自取电容的充电?
   如何根据霍尔的逻辑信号来实现马达的换向?
   如何实现马达的调速?
九、调试部分
1. 霍尔电路的调试
2. 数字电路的调试
3. 半桥电路的调试
4. 充电电路的调试
5. 桥式电路的调试
6. 马达整机的联调



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