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电机知识点

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HopeTu|  楼主 | 2020-4-2 10:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
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
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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。

1585789854879.png
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。
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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。
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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。
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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
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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
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1585791084001.png
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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:
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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。

1585701208124.png
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:
1585703727197.png
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
101U+,V-
100U+,W-
110V+,W-
010V+,U-
011W+,U-
001W+,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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