發(fā)布成功
無刷電機驅(qū)動原理介紹
無刷直流電動機是一種用外部電路實現(xiàn)換向的直流電動機。從下圖中我們可以看到無刷直流電動機在結(jié)構(gòu)上與有刷直流電動機正好相反，它的定子作為電樞，永磁體作為轉(zhuǎn)子。它的電樞繞組一般為三相，可接成星形或三角形。各相繞組外接換向電路。有刷電機的換向器與碳刷會產(chǎn)生機械損耗，改變電流時還會產(chǎn)生電火花，這限制了直流電機的應(yīng)用。而無刷直流電機沒有換向器和電刷，也就不會有這些限制，所以無刷直流電機的應(yīng)用范圍更廣，也更加穩(wěn)定可靠。
無刷直流電機結(jié)構(gòu)
和所有電機一樣無刷直流電機利用磁場吸引力產(chǎn)生驅(qū)動力，為了維持電機轉(zhuǎn)動需要周期性改變磁場力方向，產(chǎn)生的磁場吸引力必須往一個旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動轉(zhuǎn)子。本方案選擇可變電感法在電機啟動時辨識轉(zhuǎn)子位置，能在不同啟動負(fù)載情況下，實現(xiàn)可靠的啟動；采用直接反電勢的無位置控制方法，簡化了反電動勢檢測的外部電路，能在低速和高速的情況下都能很好的估算電機位置。本方案控制器選用 STM32F401CCU6 芯片為控制單元。
系統(tǒng)總體設(shè)計本系統(tǒng)根據(jù)可變電感法電感法利用電流采樣電路測得電機在啟動時的轉(zhuǎn)子位置，根據(jù)直接反電動勢法利用端電壓采樣電路測得電機在高速運行時的轉(zhuǎn)子位置，通過 PWM 波導(dǎo)通橋臂實現(xiàn)換向和調(diào)速。系統(tǒng)框圖架構(gòu)如下圖所示 。
STM32F4 控制核心 ： 系統(tǒng)的控制邏輯處理單元 。 控制核心選用STM32F401CCU6 芯片，其內(nèi)核為 Cortex?-M4，工作頻率為 84 MHz 的，具有單精度浮點運算單元（FPU），具備DSP 指令，F(xiàn)PU 與 DSP 指令加快了代碼速率，這對于控制無刷直流電機值非常有利的。
MOSFET 驅(qū)動電路：由 3 路 MOSFET 半橋，3 路 IR2103S 驅(qū)動芯片組成。
作為驅(qū)動和實現(xiàn)電機換向與調(diào)速的功率電路。MOSFET 型號采用耐壓 30V 的IRLR3103，驅(qū)動芯片選用 IR2104S。
端電壓采樣電路：由 9 個電阻和 3 個穩(wěn)壓管組成分壓網(wǎng)絡(luò)，分壓后的電壓信號直接接入 STM32F4 的 ADC 采樣 IO 口。
電流采樣電路：由采樣電阻和運放電路組成，負(fù)責(zé)采集電機電樞繞組電流。
外部控制信號：參考電調(diào)控制信號，選用 PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號作為控制信號。
電機運行波形圖
運行電壓波形
PWM 波頻率 20K，占空比 40%電壓波形如下圖所示。
運行電流波形
PWM 波頻率 20K，占空比 40%電流波形如下圖所示。
STM32F4高性能直流電機能控制電機在 10%至 100%占空比的范圍內(nèi)良好運行。實際上在負(fù)載比較小的情況下，本設(shè)計能在占空比 2.5%的情況下控制電機運行，且換向性能良好。
可變電感法啟動在驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動時電流變化平穩(wěn)，對電機與電路沖擊較小?？勺冸姼蟹▎痈臃€(wěn)定，沒有出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
總結(jié)
本方案設(shè)計了無刷直流電機控制器。利用 STM32F4 高性能 ARM 芯片作為控制核心。實現(xiàn)了在啟動、低速、高速所有運行情況下對電機位置的辨識，并實現(xiàn)了很好的換向策略。而且本設(shè)計能很好得適應(yīng)不同負(fù)載，包括在啟動階段能實現(xiàn)應(yīng)對不同負(fù)載無反轉(zhuǎn)的順利啟動。
行業(yè)分類 : 工業(yè)電子
開發(fā)平臺 : STM 意法半導(dǎo)體
交付形式 : PCBA
性能參數(shù) : 利用 STM32F4 高性能 ARM 芯片作為控制核心。
應(yīng)用場景 : 電機控制
