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為什么BLDC電機(jī)比步進(jìn)電機(jī)更適用于工業(yè)及無(wú)人機(jī)場(chǎng)景?

發(fā)布時(shí)間:2024-12-11 閱讀量:1850 來(lái)源: 我愛(ài)方案網(wǎng) 作者: bebop

BLDC電機(jī)在不同應(yīng)用場(chǎng)景的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)都有所不同,例如伺服器要求高可靠性和精確控制、風(fēng)機(jī)要求平滑啟動(dòng)和低噪音、吸塵器應(yīng)用要求超高轉(zhuǎn)速FOC控制、而電動(dòng)工具則要求大扭力啟動(dòng)。

在工業(yè)控制場(chǎng)景中,機(jī)械臂和電動(dòng)車(chē)等場(chǎng)景已經(jīng)開(kāi)始采用BLDC電機(jī),BLDC電機(jī)的高效率特性能穩(wěn)定降低工業(yè)設(shè)備使用過(guò)程中產(chǎn)生的電力消耗,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)
BLDC電機(jī)在工業(yè)控制方面的用途也非常廣泛,例如BLDC電機(jī)在小型機(jī)器人,尤其是在制造以外的領(lǐng)域提供服務(wù)的“服務(wù)機(jī)器人”中得到廣泛應(yīng)用?!岸ㄎ粚?duì)于機(jī)器人很重要,不是應(yīng)該使用隨電脈沖數(shù)運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)嗎?”或許會(huì)有人這么想。但是在力量控制方面,BLDC電機(jī)更合適。另外,若采用步進(jìn)電機(jī),像機(jī)器人手腕這樣的構(gòu)造要固定在某個(gè)位置需要提供相當(dāng)大的電流。若是BLDC電機(jī),則能配合外力只提供所需的電力,從而抑制電力的消耗。
一直以來(lái),老年人電動(dòng)車(chē)或高爾夫球車(chē)中大多采用簡(jiǎn)單的DC電機(jī),但最近都開(kāi)始采用具有良好控制性的高效率BLDC電機(jī)了,通過(guò)細(xì)微的控制,BLDC電機(jī)有效延長(zhǎng)電池的持續(xù)時(shí)間。BLDC電機(jī)還適用于無(wú)人機(jī)中,尤其是多軸機(jī)架的無(wú)人機(jī),由于它是通過(guò)改變螺旋槳的旋轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)控制飛行姿態(tài)的,因此能夠精密控制旋轉(zhuǎn)的BLDC電機(jī)很有優(yōu)勢(shì)。
我愛(ài)方案網(wǎng)配合原廠發(fā)展方案商生態(tài),今天推薦基于極海APM32F030、小華HC32F460、HC32M140開(kāi)發(fā)的BLDC電機(jī)控制方案,它能夠幫助伺服、變頻控制和電動(dòng)自行車(chē)等領(lǐng)域應(yīng)用的終端設(shè)備制造商選用即插即用方案PCBA。

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1.工業(yè)風(fēng)機(jī)控制器方案


工業(yè)風(fēng)機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)的重要設(shè)備,需要全面考慮具體工況條件及用途,對(duì)設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)要求較高,而作為其控制元件的MCU芯片,則需要具有穩(wěn)定、高效的性能,符合嚴(yán)苛的工業(yè)級(jí)可靠性指標(biāo)、滿足復(fù)雜工作環(huán)境溫度要求。


應(yīng)用場(chǎng)景


冷凍冷藏、礦山開(kāi)采、冶金行業(yè)、設(shè)備生產(chǎn)、軌道交通乃至海洋工程等眾多領(lǐng)域


方案框圖



工作原理


MCU對(duì)輸入到定子的電流信號(hào)進(jìn)行采樣,電流采樣電路將獲得的信號(hào)輸出到APM32F030x8芯片,芯片通過(guò)電阻采樣,檢測(cè)定子繞組反電動(dòng)勢(shì),估算當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置,實(shí)現(xiàn)初始位置檢測(cè)功能;芯片內(nèi)部經(jīng)計(jì)算并根據(jù)接收到的信號(hào)調(diào)節(jié),可得所需的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流及電壓,再通過(guò)PWM輸出,將信號(hào)輸入到逆變電橋,實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制。


方案優(yōu)勢(shì)


APM32F030x8工業(yè)風(fēng)機(jī)方案主要分為基于芯片的控制核心、溫度電路、PWM輸出、電流采樣、故障保護(hù)等電路。芯片豐富的通信外設(shè)接口,讓該方案可連接屏幕顯示、語(yǔ)音輸出及啟停按鍵,支持更人性化的人機(jī)交互。


方案具有增強(qiáng)型實(shí)時(shí)控制能力,以及豐富的外設(shè)資源,可通過(guò)多個(gè)接口采集風(fēng)機(jī)各路信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的有效保護(hù),保障設(shè)備在各類工作環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。


芯片可支持6路互補(bǔ)輸出的16位PWM,提高電機(jī)控制的精準(zhǔn)度;支持12位精度ADC采樣,支持單/三電阻采樣方式,可對(duì)電流進(jìn)行精確采樣監(jiān)測(cè),可實(shí)現(xiàn)有感、無(wú)感的FOC閉環(huán)控制。

2.電動(dòng)兩輪車(chē)控制方案


系統(tǒng)框圖


極海兩輪電動(dòng)車(chē)控制器應(yīng)用方案,支持有感FOC矢量控制策略,集成多路運(yùn)放、比較器,極大地精簡(jiǎn)外圍電路設(shè)計(jì),降低外部干擾,同步實(shí)現(xiàn)高效率、低噪聲APM32F035作為本方案的主控芯片,負(fù)責(zé)母線電壓、電流、HALL等信號(hào)采樣,執(zhí)行電機(jī)控制邏輯,并接收上層應(yīng)用下發(fā)的控制指令及回傳運(yùn)行狀態(tài)反饋等


同步對(duì)母線電壓以及電機(jī)的相電流信號(hào)進(jìn)行ADC采樣,輸入至MCU內(nèi)部進(jìn)行處理,并結(jié)合TMR2提供捕獲到的霍爾信號(hào)結(jié)合內(nèi)部算法計(jì)算獲取實(shí)際運(yùn)行角度,進(jìn)而執(zhí)行內(nèi)部電機(jī)算法邏輯控制,隨后通過(guò)Timer1輸出3對(duì)互補(bǔ)的PWM信號(hào)至驅(qū)動(dòng)芯片以及功率器件,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),使電機(jī)更為高效、平穩(wěn)、低聲地運(yùn)行。


方案特點(diǎn)


●  FOC矢量控制,減少能耗,提高續(xù)航
●  集成運(yùn)放和比較器,降低BOM成本
●  支持霍爾學(xué)習(xí),絕對(duì)零度檢測(cè),60°/120°霍爾安裝方式,節(jié)省開(kāi)發(fā)步驟
●  支持霍爾補(bǔ)償,提升電機(jī)運(yùn)行效率
●  采用轉(zhuǎn)矩控制,對(duì)于負(fù)載變化響應(yīng)迅速,能夠額定負(fù)載坡起
●  電子剎車(chē)和E-ABS,行駛更安全

●  支持顯示屏串口和CAN通訊,滿足高端應(yīng)用需求


應(yīng)用領(lǐng)域


可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)兩輪車(chē),冰箱壓縮機(jī),風(fēng)機(jī),水泵,電動(dòng)工具,園林工具等領(lǐng)域。


3..電動(dòng)自行車(chē)

方案簡(jiǎn)介:電動(dòng)自行車(chē)電驅(qū)控制板方案以HC32M120為主控芯片,同MOS、Gate_Drivers、LDO及其他外圍電路構(gòu)成。主要功能:EBS、能量回饋、HDC、霍爾修復(fù)、相序自識(shí)別、一線通、三速、GB_25KM、1:1電動(dòng)助力等。
方案特點(diǎn):
48MHz主頻、2個(gè)獨(dú)立OPA、高速ADC、電機(jī)專用TIMER、溫度范圍:-40℃~105℃
豐富的基礎(chǔ)函數(shù)庫(kù)、SVPWM系統(tǒng)、電機(jī)專用控制庫(kù)模塊
FOC控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)(正弦電流、轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、低噪音)
平地/坡道/溜坡/滑行/帶載啟動(dòng)優(yōu)勢(shì)(啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、重載啟動(dòng)高可靠)
客制化控制流程優(yōu)勢(shì)(豐富的模塊化電機(jī)庫(kù))
完善的系統(tǒng)保護(hù)功能(過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、堵轉(zhuǎn)、飛車(chē)、短路等保護(hù))
4.電動(dòng)工具方案
方案以HC32M140為主控芯片,基于無(wú)傳感器六步換相控制算法,實(shí)現(xiàn)BLDC電機(jī)大扭矩啟動(dòng)和高速運(yùn)行,保護(hù)功能齊全。
應(yīng)用場(chǎng)景
適用于電鉆、角磨機(jī)、沖擊鉆、電動(dòng)扳手、電錘等低壓中小功率電動(dòng)工具應(yīng)用場(chǎng)景。
方案特點(diǎn)
48MHz主頻、8KB RAM/128KB Flash內(nèi)存資源、2個(gè)獨(dú)立OPA、高速ADC、電機(jī)專用TIMER
基礎(chǔ)功能:反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)算法(支持ADC和比較器)、電流/電壓采樣
復(fù)雜工況:靜止堵轉(zhuǎn)啟動(dòng)、低速大扭矩運(yùn)行、順逆風(fēng)啟動(dòng)、剎車(chē)功能
系統(tǒng)保護(hù):過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓/欠壓保護(hù)、長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)保護(hù)
支持多種轉(zhuǎn)速設(shè)定信號(hào)(PWM、ADC等)
應(yīng)用場(chǎng)景
電鉆、角磨機(jī)、沖擊鉆、電動(dòng)扳手、電錘
5.高速吹風(fēng)筒方案

方案簡(jiǎn)介:
高速吹風(fēng)筒方案采用小華超低功耗HC32M120主控MCU,內(nèi)置先進(jìn)的無(wú)位置傳感器FOC控制策略,實(shí)現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)的風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng),具備順風(fēng)、逆風(fēng)、靜止?fàn)顟B(tài)下無(wú)抖動(dòng)即時(shí)啟動(dòng)功能,30cm距離測(cè)量運(yùn)行噪音75db以下,為行業(yè)中上水平;啟動(dòng)穩(wěn)定性好,一次啟動(dòng)成功率可達(dá)99.7%以上;運(yùn)行效率高,220V機(jī)種,10.5萬(wàn)RPM最高風(fēng)速檔位運(yùn)行,PCBA級(jí)實(shí)測(cè)輸入功率92W,優(yōu)于市場(chǎng)主流方案。
方案特點(diǎn):
快速啟動(dòng):?jiǎn)?dòng)穩(wěn)定可靠,可在500ms內(nèi)加速至額定轉(zhuǎn)速
快速停機(jī):采用主動(dòng)剎車(chē),無(wú)過(guò)壓、過(guò)流風(fēng)險(xiǎn),支持掉電剎車(chē)
高速控制:最高電轉(zhuǎn)速可達(dá)2000+Hz
工作電壓范圍大:適用220VAC、110VAC、24VDC供電
豐富的保護(hù)功能:過(guò)欠壓、過(guò)流、過(guò)功率、堵轉(zhuǎn)、缺相等系統(tǒng)保護(hù)
應(yīng)用場(chǎng)景:
吹風(fēng)機(jī)、掃地機(jī)、吸塵器、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等大小家電領(lǐng)域。
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