學(xué)習(xí)電機(jī)簡(jiǎn)要記錄

大四的俺噩翠，有個(gè)那個(gè)創(chuàng)新實(shí)踐的課巡球，需要跟著老師做東西言沐，我跟了班主任，前幾天班主任讓去實(shí)驗(yàn)室跟著他們搞那個(gè)無(wú)刷電機(jī)的控制方面的東西酣栈，之前也沒(méi)有怎么接觸過(guò)险胰，這幾天來(lái)零零散散的看了一些，主要是CSDN钉嘹、論壇鸯乃、和野火的電機(jī)書(shū)籍。下面就零散的記錄一些基礎(chǔ)的東西跋涣，分享一下缨睡，也方便自己查看學(xué)習(xí)！

說(shuō)起電機(jī)陈辱，大家小時(shí)候應(yīng)該都玩過(guò)接觸過(guò)那些小馬達(dá)奖年，反正混子小時(shí)候還是挺喜歡拆那些玩的，初中開(kāi)始學(xué)的物理沛贪，大概我們就明白了簡(jiǎn)單的直流電機(jī)控制原理了陋守，下面復(fù)習(xí)回顧一下初中高中我們學(xué)的那些最基礎(chǔ)的東西！

在磁極中同名相吸利赋，異名相斥水评，及N極與S極相互吸引，N極與N極和S極與S極相互排斥媚送， 下面我們來(lái)看看一個(gè)直流模型中燥，如下圖所示。

直流旋轉(zhuǎn)模型

當(dāng)兩邊的線圈通上電后塘偎，由右手螺旋定則可知兩個(gè)線圈中將會(huì)產(chǎn)生方向向右的磁場(chǎng)疗涉，而中間的轉(zhuǎn)子會(huì)盡量使 自己內(nèi)部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致，以形成一個(gè)最短閉合磁力線回路吟秩，N極與S極相互吸引咱扣， 這樣內(nèi)轉(zhuǎn)子就會(huì)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到如圖所示的水平位置時(shí)轉(zhuǎn)子將不會(huì)受到作用力涵防。

直流旋轉(zhuǎn)模型2

但是由于慣性的作用轉(zhuǎn)子將會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)闹伪，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至水平位置時(shí)，交換兩個(gè)線圈中的電流方向， 這時(shí)轉(zhuǎn)子就會(huì)繼續(xù)向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)了祭往。當(dāng)轉(zhuǎn)子再次旋轉(zhuǎn)至水平位置時(shí)伦意，再次交換兩個(gè)線圈中的電流方向， 這樣轉(zhuǎn)子就可以一直旋轉(zhuǎn)了硼补。

下面就上面說(shuō)的簡(jiǎn)單的直流有刷電機(jī)原理簡(jiǎn)單引出一下直流無(wú)刷電機(jī)的簡(jiǎn)單原理

有了上面的基礎(chǔ)驮肉，我們?cè)賮?lái)看下面的“三相星形聯(lián)結(jié)的二二導(dǎo)通方式”。

磁場(chǎng)合成

下面是學(xué)習(xí)這些必須回顧的我們高中學(xué)的三個(gè)定則已骇，高中物理必考考點(diǎn)哦离钝！

"左力右電"

左手定則

這個(gè)是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)受力分析的基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單說(shuō)就是磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體褪储，會(huì)受到力的作用卵渴。

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讓磁感線穿過(guò)手掌正面，手指方向?yàn)殡娏鞣较蚶鹬瘢竽粗阜较驗(yàn)楫a(chǎn)生磁力的方向浪读。

右手定則

這是產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的基礎(chǔ)，跟左手定則的相反辛藻，磁場(chǎng)中的導(dǎo)體因受到力的牽引切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)碘橘。

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讓磁感線穿過(guò)掌心，大拇指方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)方向吱肌，手指方向?yàn)楫a(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向痘拆。

右手螺旋定則

用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致氮墨，那么大拇指所指的那一端就是通電螺旋管的N極纺蛆。

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這個(gè)定則是通電線圈判斷極性的基礎(chǔ)，紅色箭頭方向即為電流方向规揪。

下面就是混子簡(jiǎn)單記錄的無(wú)刷電機(jī)相關(guān)的東西：

無(wú)刷直流電機(jī)（Brushless Direct Current Motor桥氏，簡(jiǎn)稱BLDCM）

由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成， 是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品猛铅。 無(wú)刷電機(jī)是指無(wú)電刷和換向器 （或集電環(huán)）的電機(jī)识颊，又稱無(wú)換向器電機(jī)。這是模型中除了有刷電機(jī)以外用的最多的一種電機(jī)奕坟， 無(wú)刷直流電機(jī)不使用機(jī)械的電刷裝置，采用方波自控式永磁同步電機(jī)清笨，與有刷電機(jī)相比月杉，它將轉(zhuǎn)子和定子交換， 即無(wú)刷電機(jī)中使用電樞繞組作為定子抠艾，使用釹鐵硼的永磁材料作為轉(zhuǎn)子苛萎，以霍爾傳感器取代碳刷換向器， 性能上相較一般的傳統(tǒng)直流電機(jī)有很大優(yōu)勢(shì)。
無(wú)刷直流電機(jī)的定子繞組一般為星型接法腌歉，采用兩相導(dǎo)通三向六狀態(tài)的運(yùn)行方式蛙酪，每次使兩相繞組導(dǎo)通，第三相繞組處于懸浮狀態(tài)翘盖。在檢測(cè)到反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)后桂塞，根據(jù)換相點(diǎn)滯后過(guò)零點(diǎn)30度電角度，進(jìn)行30度電角度延時(shí)馍驯，當(dāng)延時(shí)時(shí)間結(jié)束后阁危，根據(jù)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的方式，進(jìn)行電機(jī)換向汰瘫，
進(jìn)入下一個(gè)工作狀態(tài)狂打。

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KV值

這個(gè)東西玩過(guò)無(wú)人機(jī)的應(yīng)該都明白的，無(wú)人機(jī)的電機(jī)就是直流無(wú)刷電機(jī)了混弥，電機(jī)上面都會(huì)標(biāo)著這個(gè)值的和電機(jī)尺寸等參數(shù)值趴乡。
有刷直流電機(jī)是根據(jù)額定工作電壓來(lái)標(biāo)注額定轉(zhuǎn)速的，無(wú)刷電機(jī)引入了KV值的概念蝗拿，而讓用 戶可以直觀的知道無(wú)刷電機(jī)在具體的工作電壓下的具體轉(zhuǎn)速晾捏。實(shí)際轉(zhuǎn)速=KV值×工作電壓，這 就是KV的物理意義蛹磺，就是在1V工作電壓下每分鐘的轉(zhuǎn)速粟瞬。無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電壓呈正比 關(guān)系，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著電壓上升而線性上升萤捆。 例如裙品，2212-850KV電機(jī)在10V電壓下的轉(zhuǎn)速就是:850×10=850ORPM(RPM，每分鐘轉(zhuǎn)速)俗或。 KV值與匝數(shù)是呈反比例關(guān)系的市怎，例如2212-850KV，匝數(shù)是30T(15圈)辛慰，那在28T的情況下的KV值是:850KV×30T/28T=910KV区匠。

三相六臂全橋驅(qū)動(dòng)電路,原理圖如下圖所示。

下面這個(gè)應(yīng)該也很好理解的帅腌，就上面回顧的那個(gè)電機(jī)原理驰弄，我們常見(jiàn)的直流有刷電機(jī)，因?yàn)橛刑妓⑺倏停瑩Q向器那些戚篙，采用是機(jī)械式的換相，所有驅(qū)動(dòng)模塊上控制它正反轉(zhuǎn)只需要4個(gè)mos管來(lái)搭建硬件控制電路溺职，每?jī)蓚€(gè)mos是一組岔擂，類比著無(wú)刷電機(jī)也差不多位喂，看一下上面三相星形聯(lián)結(jié)的二二導(dǎo)通方式那個(gè)圖應(yīng)該就很好理解了，需要三組mos,也就是6個(gè)mos管來(lái)搭建電路乱灵。

三相六臂全橋驅(qū)動(dòng)電路原理

在上圖中導(dǎo)通Q₁和Q₄塑崖，其他都不導(dǎo)通，那么電流將從Q₁流經(jīng)U相繞組痛倚， 再?gòu)腣相繞組流到Q₄规婆。這樣也就完成了上一節(jié)中的第一步，同理状原，依次導(dǎo)通Q₅Q₄聋呢、 Q₅Q₂、Q₃Q₂颠区、Q₃Q₆和Q₁Q₆削锰， 這也就完成了6拍工作方式。但是毕莱，單片機(jī)的引腳直接驅(qū)動(dòng)MOS管還是不行的器贩，所以這里需要使用專用的IC來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS管。
在想讓一對(duì)MOS管導(dǎo)通時(shí)朋截，是需要知道上一步導(dǎo)通的是哪兩個(gè)MOS管蛹稍， 而且第一步中MOS管導(dǎo)通時(shí)轉(zhuǎn)子的位置是我們自己規(guī)定，在實(shí)際使用中啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子的位置卻是未知的部服， 因此唆姐，我們并不知道第一步應(yīng)該導(dǎo)通哪兩個(gè)MOS管，所以這里我們需要知道轉(zhuǎn)子的位置信息廓八。 但并不需要連續(xù)的位置信息奉芦，只需要知道換相點(diǎn)的位置即可。 獲取轉(zhuǎn)子位置一般有兩種方法剧蹂，一種是使用傳感器声功，一種是不使用傳感器。 這里以霍爾傳感器舉例子宠叼。（什么是霍爾在后面解釋先巴，這個(gè)也是中學(xué)知識(shí)了）

在BLDC中一般采用3個(gè)開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)子的位置，由其輸出的3位二進(jìn)制編碼去控制三相六臂全橋中的6 個(gè)MOS管的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)換相冒冬。如果將一只霍爾傳感器安裝在靠近轉(zhuǎn)子的位置伸蚯，當(dāng)N極逐漸靠近霍爾傳感器即磁感器達(dá)到一定值時(shí)， 其輸出是導(dǎo)通狀態(tài)简烤；當(dāng)N極逐漸離開(kāi)霍爾傳感器剂邮、磁感應(yīng)逐漸小時(shí)，其輸出仍然保持導(dǎo)通狀態(tài)乐埠； 只有磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)镾極便達(dá)到一定值時(shí)抗斤，其輸出才翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)。在S和N交替變化下傳感器輸出波形占高丈咐、 低電平各占50%瑞眼。如果轉(zhuǎn)子是一對(duì)極，則電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周霍爾傳感器輸出一個(gè)周期的電壓波形棵逊，如果轉(zhuǎn)子是兩對(duì)極伤疙， 則輸出兩個(gè)周期的波形。

在直流無(wú)刷電機(jī)中一般把3個(gè)霍爾傳感器按間隔120度或60度的圓周分布來(lái)安裝辆影，如果按間隔120度來(lái)安裝徒像， 則3個(gè)霍爾傳感器輸出波形相差120度電度角，輸出信號(hào)中高蛙讥、低電平各占180度電度角锯蛀。 如果規(guī)定輸出信號(hào)高電平用“1”表示，低電平用“0”表示次慢，則輸出的三個(gè)信號(hào)可以用三位二進(jìn)制碼表示旁涤， 如下圖所示。

霍爾傳感器安裝位置

轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周可以輸出6個(gè)不同的信號(hào)迫像，這樣正好可以滿足我們條件劈愚。只要我們根據(jù)霍爾傳感器輸出的值來(lái)導(dǎo)通MOS管即可。 通常廠家也會(huì)給出真值表闻妓。一般有兩個(gè),一個(gè)是對(duì)應(yīng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)菌羽，另一個(gè)對(duì)應(yīng)的是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。配套電機(jī)的真值表如下由缆。

逆時(shí)針

順時(shí)針

上表的意思是：當(dāng)檢測(cè)到的3個(gè)霍爾傳感器的值注祖，則導(dǎo)通對(duì)應(yīng)值的MOS管。例如犁功，檢測(cè)到霍爾a氓轰、 霍爾b和霍爾c分別為0、0和1浸卦，則導(dǎo)通B-和C+對(duì)應(yīng)的MOS管署鸡，其他MOS管都要處于截止?fàn)顟B(tài)。 當(dāng)導(dǎo)通對(duì)應(yīng)的MOS管后電機(jī)就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度限嫌，旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)霍爾值改變?yōu)?01靴庆，這時(shí)在關(guān)閉B-和C+， 導(dǎo)通A+和B-怒医，這樣電機(jī)有將會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度直到下一個(gè)霍爾值改變炉抒， 只要我們按表中的霍爾值導(dǎo)通對(duì)應(yīng)的MOS管電機(jī)就可按一定的方向旋轉(zhuǎn)。

在對(duì)MOS管的控制有中兩個(gè)特殊情況需要注意一下：

1. 當(dāng)按真值表中對(duì)應(yīng)霍爾值導(dǎo)通MOS管后稚叹，就保持導(dǎo)通狀態(tài)不變時(shí)焰薄，此時(shí)電機(jī)就會(huì)旋轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)位置保持不變拿诸， 此時(shí)電路中的電能將只能轉(zhuǎn)換為熱能，不能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能塞茅，而我們的電機(jī)繞組時(shí)候的是漆包銅線亩码， 其內(nèi)阻非常的小，電流就會(huì)非常的大野瘦，這將會(huì)產(chǎn)生大量的熱而導(dǎo)致電源或者電機(jī)被燒毀描沟。
2. 在上面的三相六臂全橋驅(qū)動(dòng)電路原理圖中如果同時(shí)導(dǎo)通Q₁和Q₂，或者導(dǎo)通 Q₃和Q₄鞭光，或者導(dǎo)通Q₅和Q₆吏廉，只要導(dǎo)通以上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)MOS管， 都會(huì)導(dǎo)致電路中的電機(jī)不能正常工作惰许，而MOS管直接將電源的正負(fù)極接通席覆，這無(wú)疑將會(huì)燒毀電源或者M(jìn)OS管。

霍爾是指的霍爾效應(yīng)啡省，

這一現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾（A.H.Hall娜睛，1855—1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的∝远茫霍爾效應(yīng)：當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)半導(dǎo)體時(shí)畦戒， 載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)结序，從而在半導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差障斋， 這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢(shì)差也被稱為霍爾電勢(shì)差徐鹤±罚霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器。

三相H橋注意點(diǎn)

H橋一般有上臂mos和下臂mos組成返敬，如果只是簡(jiǎn)單的做演示上臂選pmos下臂選nmos控制電路簡(jiǎn)單直接用單片機(jī)的io就可以驅(qū)動(dòng)遂庄。但是pmos低內(nèi)阻的價(jià)格高。功率上面很難做大劲赠。
這也就是為什么基本所有的商業(yè)控制器全是nmos的原因涛目。
但是上臂用nmos存在一個(gè)問(wèn)題vgs控制電壓大與vcc 4v以上才能完全導(dǎo)通。

自舉電路也叫升壓電路（這個(gè)電路在三相逆變橋電路中起到很關(guān)鍵的作用）凛澎。

原理是利用自舉升壓二極管霹肝，自舉升壓電容等元件，使電容放電電壓和電源電壓疊加塑煎，從而使電壓升高（類似于升壓電路）沫换，有的電路升高的電壓可達(dá)到數(shù)倍電源電路。
這就是利用自舉來(lái)抬高電壓的最铁。通常用一個(gè)電容和一個(gè)二級(jí)管讯赏，電容存儲(chǔ)電荷垮兑，二極管防止電流倒灌，頻率較高的時(shí)候漱挎，自舉電路的電壓就是電路輸入的電壓加上電容的電壓甥角，起到升壓的作用。同時(shí)自舉電容的容值也不能過(guò)大也不能過(guò)小识樱，需根據(jù)開(kāi)關(guān)頻率選擇適當(dāng)?shù)娜葜怠?/p>

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