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无刷电机控制原理

来源: 时间:2020-10-08 20:43:10 浏览次数:

刷电机工作可以不需要电调,直接把电供给电机就能够工作,但是这样无法控制电机的转速。无刷电机工作必须要有电调,否则是不能转动的。必须通过无刷电调将直流电转化为三相交流电,输给无刷电机才能转动。

无刷电机控制原理

电机驱动控制就是控制电机的转动或者停止,以及转动的速度。电机驱动控制部分也叫做电子调速器,简称电调,英文electronic speed controller(ESC)。电调对应使用的电机不同,分无刷电调和有刷电调。

有刷电机的永磁体是固定不动的,线圈绕在转子上,通过一个电刷跟换相器接触间断来改变磁场方向来保持转子持续转动。无刷电机,顾名思义,这种电机是没有所谓的电刷和换相器的,他的转子是永磁体,而线圈是固定不动的,直接接到外部电源,问题就来了,线圈磁场方向怎么改变呢?事实上,无刷电机外部还需要一个电子调速器,这个调速器说白了就是一个电机驱动,它随时都在改变着固定线圈内部电流的方向,保证它跟永磁体之间的作用力是相互排斥,持续转动得以延续。


刷电机工作可以不需要电调,直接把电供给电机就能够工作,但是这样无法控制电机的转速。无刷电机工作必须要有电调,否则是不能转动的。必须通过无刷电调将直流电转化为三相交流电,输给无刷电机才能转动。


最早的电调可不是像现在的电调一样,最早全是有刷电调,说道这你可能要问了,什么是有刷电调,和现在的无刷电调有什么区别。事实上这差别呀可大了去了,有刷电调和无刷电调都是根据电机来说的,现在电机的转子,就是能转动的部分全是磁铁块,线圈是定子不转动的,因为这中间没有碳刷,这就是无刷电机。而有刷电机呢,顾名思义就是有碳刷,所以就是有刷电机,像我们平常小孩子玩的一二十块钱的遥控车用的电机就是有刷电机。电调就是根据这两种电机而命名的有刷电调和无刷电调。从专业的角度来讲呢就是有刷电调就是输出时直流电,无刷电调输出是三相交流电。直流电就是我们电池里存储的电,有正负极之分,我们家用220V的,用于手机充电器或者电脑的电源都是交流电。交流电就是带有一定的频率,通俗讲就是一根线上正负、正负的来回交换着;直流电就是正极是正极,负极是负极。交流直流弄清楚了,那么什么又是“三相电”呢?理论讲三相交流电是电的一种传输形式,简称三相电,是由3个频率相同、振幅相等、相位依次互差120度的交流电势组成的电源。通俗的讲,就是我们家用的三项交流电,除了电压、频率、驱动角不同,其他都一样,现在对于三相电和直流电都了解了吧。


无刷电调,输入的是直流电,通过一个滤波电容稳定电压。然后分成俩两路,一路是电调的BEC使用,BEC是给接收机与电调自身单片机供电使用的,输出至接收机的电源线就是信号线上的红线和黑线,另一路是介入MOS管使用,在这里,电调上电,单片机开始启动,驱动MOS管震动,使电机发出滴滴滴的声音。启动后待命,有些电调带有油门校准功能,在进入待命前会监测油门位置是在高还是低还是中间,高的话进入电调行程校准,中间的话开始发出报警信号,电机会滴滴的响,低的话会进入正常工作状态。一切准备就绪后,电调内的单片机会根据PWM信号线上的信号决定输出电压的大小和频率的高低以及驱动方向和进角多少来驱动电机的转速,转向。这就是无刷电调原理。在驱动电机运转的时候,电调内共有3组MOS管工作,每组2个极,一个控制正极输出,一个控制负极输出,当正极输出时,负极不输出,负极输出时,正极不输出,这样子也就形成了交流电,同样,三组都是这样工作的,它们的频率是8000HZ。讲到这,无刷电调也相当于一个工厂里电机上使用的变频器或者调速器。

电调的输入是直流,通常由锂电池来供电。输出是三相交流,可以直接驱动电机。另外航模无刷电子调速器还有三根信号输入线,输入PWM信号,用于控制电机的转速。对于航模,尤其是四轴飞行器,由于其特殊性,需要专门的航模电调。


那么为什么在四轴飞行器上需要专门的电调呢,其有什么特别的地方?四轴飞行器有四个桨,两两相对呈十字交叉结构。在桨的转向上分正转和反转,这样可抵消单个桨叶旋转引起的自旋问题。每个桨的直径很小,四个桨转动时的离心力是分散的。不像直机的桨,只有一个能产生集中的离心力形成陀螺性质的惯性离心力,保持机身不容易很快的侧翻掉。所以通常用到的舵机控制信号更新频率很低。
四轴为了能够快速反应,以应对姿态变化引起的飘移,需要高反应速度的电调,常规PPM电调的更新速度只有50Hz左右,满足不了这种控制所需要的速度,且PPM电调MCU内置PID稳速控制,能对常规航模提供顺滑的转速变化特性,用在四轴上就不合适了,四轴需要的是快速反应的电机转速变化。用高速专用电调,IIC总线接口传送控制信号,可达到每秒几百上千次的电机转速变化,在四轴飞行时,姿态时刻能够保持稳定。即使受到外力突然冲击,依旧安然无恙。
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