电机知识点

只看该作者 · 2020-4-2 10:15

本帖最后由 HopeTu 于 2020-4-2 10:15 编辑

电机知识点基础篇
反电动势

1.电动势：电子运动的趋势，能够克服导体电阻对电流的阻力，使电荷在闭合的导体回路中流动的一种作用。

反电动势：图1，E1、E2、E3都是顺着电流方向的，图2，E2电动势是与电流方向相反，我们把这种电动势叫做反电动势。

E1 E2 E3分别为电路中的电动势，E为总电动势

2.电机反电动势

开关闭合通电后，根据左手定则我们可以判断出安培力的方向，即电机转动的方向(紫色箭头)，根据右手定则我们判断出感生电动势的方向(蓝色箭头)。

产生的感生电动势与外加电源的方向相反,我们也叫它叫反电动势。

反电动势大小：E反 = vBL*SinΘ（v速度，B磁感应强度，L导体长度，Θ为B与L的夹角）

设电源电动势为E,反电动势为E反，线圈电阻为R，那么电机电流 : I = （E-E反）/ R。

结论：电机转速越高，反电动势越大。反电动势越大，那么电机电流也就越小。

级数与极对数

极数: N极,S级的总数,右下图中电机有6极

极对数: 一个南极(S极) ，一个北极(N极) ，算一对磁极

极对数=极数÷2

下图电机极对数为3。

机械角度和电角度

机械角度: 就是数学中的“空间几何角度”，恒为360度。电角度: 磁场每转过一对磁极为360°电角度。电角度=360度x极对数例如：下图电机有4对极,那么整个定子内圆有4x360°= 1440 °电角度。

KV值和RPM（转/分钟）

KV值: 在1V工作电压下，无刷电机每分钟的空载转速。电机的转速（空载）= KVx电压

例如KV=1000,那么当输入电压5V时,空转转速就是5000rpm。

极对数与RPM

以2对极电机为例，假设电机转60度电角度的时间为0.1秒，那么电机的转速为：RPM = 1S / ((0.1 x 6)x2对极) x60S = 50RPM

电机调速原理

（1）.由KV值可知，无刷直流电机的转速和电压的关系，空载转速=KV*工作电压。

（2）.单片机并不能输出可调的直流电压，于是只好变通一下，用脉宽调制（PWM）方式来控制电机的输入电压，PWM 占空比越大，等效平均电压就越高，如图电机上的平均电压为：Ud = Us * (Ton/T)。电压越高，转速越快。

直流电机数学模型

直流电机数字模型：由绕组电阻、绕组电感和反电动势来表示

Vs = RxI + Lxdi / dt + Es

电机转动原理

根据左手定则，当导体在磁场中有电流流过时就会受到磁场的作用而产生转矩

霍尔与6步换相

1.霍尔：用来检测电机的转子位置信息，电机霍尔的安装方式有60度和120度两种安装方式。120度安装方式指隔120度电角度放一个霍尔，有3个霍尔。

双极锁存型霍尔：霍尔元件在感应到某极性，且磁场强度达到开启点时，霍尔开通，此状态一直会保持到霍尔元件感应到另一极性到来，且另一极性磁场强度达到关闭点，霍尔跳变为不通。

每个霍尔有通和不通两种状态，所以总共有2^3也就是8种状态。组合起来就是：100，110，010，011，001，101，000，111。

两种安装方式HALL状态与电角度关系如下：

波形测量：

通道1，2，3为对应HALL信号A,B,C。通道4对应电机三相的线电压（电机未运行时，用手旋转电机，此时的电压为反电动势）

1.Eab对应U-V端线反电动势，Ebc对应U-W端线反电动势，Ebc对应V-W端线反电动势。
2.示波器的探头是共地的，HALL信号用普通探头测量，相反电动势测量需要用隔离探头测量。
3.线电压是指任意两相的电压，相电压是指某相线与中心点的电压（星形连接）。相电压 = 线电压/2。

波形分析：

1.测量到的是线反电动势，从波形图可知Eac过零点对应A相HALL信号改变，Eab反电动势的过零点对应B相HALL信号改变，Ebc过零点对应C相HALL信号改变。HALL信号每60电角度改变一次状态。

2.Eab相位超前Eac 60度，Eac相位超前Ebc 60度。从波形图可推出右上坐标图。Eb滞后Ebc 30度，Ea超前Eac 30度，-Ec滞后Eac 30度。

3.相反电动势与线反电动势相位相差30°。

由此可推测出如下相反电动势波形图：

霍尔与6步换相：

1.线反电动势过零点为HALL信号改变点，及为六步方波换相点。相反电动势为正，则该相MOS管上桥导通，为负，则该相MOS管下桥导通。该相存在过零点则该相处于非导通状态。

由此可推出HALL状态与MOS管导通情况：

HALL状态	MOS导通状态
101	U+,V-
100	U+,W-
110	V+,W-
010	V+,U-
011	W+,U-
001	W+,V-

2.由于也可以看出通过反电动势检测换相与HALL换相的差异。

HALL换相时机：在HALL状态发生改变时进行换相。

反电动势检测换相时机：在反电动势检测到换相30度后才进行换相（理论依据是相反电动势超前线反电动势30度，反电动势检测是基于相反电动势进行检测的）。

总结：

1.每个霍尔导通180度电角度，关闭180度电角度，一个电周期内每60度就有一个霍尔改变一次，共改变6次。

2.为了保持电机转动,需要不断的换相,每完成一个电周期,需要换相6次,也就是每60°电角度要换相一次(注意是电角度,不是机械角度)

例如： 1对极电机: 1圈=360°电角度,转一圈换相360÷60=6次。

3.根据换相顺序，我们还可以得出一个结论：每个管子通电120 °电角度。

4.相反电动势超前线反电动势30度电角度。

5.相反电动势过零点发生后，延后30度电角度发生霍尔跳变也就是换相，线反电动势过零点的时刻即为换相时刻。

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