一次电动车直流无刷电机控制器的设计
novakon2015/08/17电气电工 IP:浙江
原题为“电动车直流无刷电机控制器的设计”,写完题目就后悔了,根本不是我能驾驭的。于是加了“一次”。


首先用我能组织的最简单的语言,讲讲直流无刷电机的原理。


无刷电机的转子为永久磁铁,定子为电磁铁。转子本身具有一磁场,通电后,定子也产生一磁场。同性相吸,异性相斥,当两个磁场互成90度时,产生最大转矩,推动转子转动。如果要保持这个转矩,让转动持续下去,就要时刻保持两磁场互相垂直,因此会采用一定手段测量转子磁场当前的所指的角度,并相应改变定子磁场的角度。
定子磁场角度的改变,是靠调节定子各个绕组的电流实现的。定子虽然不能移动,但是可以令各个绕组互成一定角度,利用矢量叠加原理,将多个单向的磁场合成一个在平面内可以旋转的磁场。
此处应有配图,但考虑到时至今日网络如此发达,在谷歌搜索一下“矢量磁场合成”即可获得大量演示图片,故省略。
无刷直流电机,属于交流电机的一种,由于其内部绕组电流变化与直流电机类似,故称为直流无刷电机。


综上所述,一个无刷电机控制器要完成如下任务:
1)测量转子磁场当前所指的角度。
2)调节各个定子绕组的电流,以合成与转子磁场互成90度的磁场,产生转矩。


市面上绝大多数电动自行车所采用的无刷电机,采用3相Y型联接的定子绕组,并采用霍尔开关元件作为角度反馈。


霍尔开关元件:固定在电机内,当转子磁铁经过此元件上方时,可根据磁铁极性的正负(南北),输出高或者低的逻辑电平信号。通过在电机内合适的位置安装这些元件,可以粗略地测量转子磁场目前所指的方向。目前商品电机采用3个霍尔开关,更详细信息请搜索“霍尔元件测量相位”。


定子电流:通常是通过调节施加在绕组上的电压来控制的。3相Y型联接的绕组有三条输入线,分别接到3个半桥的桥臂上。这样一来,加在某两条线之间的电压可以是正或者负的电源电压,而流过的电流的方向也就是可以改变的。
与其他交流电机不同,直流无刷电机在同一时刻只有两条线需要接电源,第三条线悬空。因此对于3个半桥,在同一时刻我们只控制其中两个半桥,而令第三个半桥上下管都关断,呈现高阻。当旋转过一定角度后,霍尔元件状态改变,绕组通电方向也应随即发生改变,这一过程称为换相。


此处应有配图,请搜索“三相桥 无刷”。


直流无刷电机的特点:和直流有刷电机一样,可以使用电压模式(PWM)控制,电压不变时转矩随速度增加而线性下降。
此外,由于霍尔元件输出数字逻辑信号,而三相桥驱动的输入也是数字逻辑型号,中间的控制电路就是数字逻辑电路,因此其组成可以非常简单,使用74逻辑IC即可搭建,也有成品如MC33035等IC可以实现所需功能。这一切使得无刷电机得到大规模应用。关于输入和输出的逻辑关系,请搜索“无刷 换相表”。
CPU风扇就是无刷电机。


商品电动车控制器多使用微控制器(单片机)作为控制单元,因为相比其他分立数模电路而言,单片机可以以更低的成本处理更加复杂的输入,进行更复杂的逻辑与数学运算,产生更加复杂的输出,提供更多的功能。相对的,如果只是需要转动(例如CPU风扇),则控制电路可以极简。
加载全文
来自:电气工程 / 电气电工
66
 
1
已屏蔽 原因:{{ notice.reason }}已屏蔽
{{notice.noticeContent}}
~~空空如也
闲着会生病的
8年8个月前 IP:陕西
788251
引用 novakon:
用绕组反电动势可以估测相位,但是低速时不起作用,因此启动抖抖抖
有些传感器上电就可以确定位置的,不需要转动。
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
闲着会生病的
8年8个月前 IP:陕西
788252
引用 北落师门:
方法我也知道,那么要并哪种电容?并多少?是否并联固态电容会更好?这些都是需要解决的问题。知道要并电容只是个方法,知道为何会烧以及如何避免烧才是讨论的关键,这就成经验了,在以后设计时也可以避免这种问题,所以我在奇怪如此明显的缺陷厂家却没注意到...
成熟的产品都是并联无极性固态电容的,引脚都是铜排用螺钉固定,耐压也很高。用示波器测量一下相关回路的电压电流你就知道了,但示波器带宽要宽一点,还要避免驱动器电磁干扰对示波器的影响。
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
闲着会生病的
8年8个月前 IP:陕西
788257
引用 沉默羔羊:
我觉得也是,场管放在板上限制太大,功率提不高,大电流发热散不出去,板子容易烤坏。占的地方也大,又不是铝基板或陶瓷板。实际上,市面上的成品或许在功能上不能满足楼主,但制作工艺、电路成本上还是很成熟的。最多不过是元件成本原因换成不经用的国产便宜...
英飞凌电机驱动器专用GPIB就是和水冷散热器一体的,非常贵。汉兰达EPS控制器的MOS管就是做在铝基板上。如果真量产的话,用质量差的件只会增加售后成本,维修人力物力成本也会很高。
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
闲着会生病的
8年8个月前 IP:陕西
788258
引用 novakon:
按照36V 350W来算,就是10A,每条线的平均电流是6.67A,线宽是2mm,温升三十度左右。
你确定这么小功率用得着三相控制?我怎么看都觉得单个大电流MOS管直流PWM控制更便宜。
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
GB913759593
8年8个月前 IP:江西
788620
AD怎呢弄成半透明的 选项在哪
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
lux4lj
8年8个月前 IP:山东
789119
电动车控制器已经有无霍尔的商品好几年了,好多的设计是在实践中总结的。但功率管清一色的进口货,国产的不抗造
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
yanyanyan168
8年8个月前 IP:广东
789251
多谢分享
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
yanyanyan168
8年8个月前 IP:广东
789252
多谢分享,下载学习了
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
胖喵可不胖
8年8个月前 IP:北京
790011
很想知道电动车的控制器和航模无刷电调的本质区别在哪?
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
novakon作者
8年8个月前 IP:江西
790087
引用 wjd_213:
很想知道电动车的控制器和航模无刷电调的本质区别在哪?
一个是低压大电流,一个是高压小电流
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
胖喵可不胖
8年7个月前 IP:北京
790096
引用 novakon:
一个是低压大电流,一个是高压小电流
  我没说清,是控制方面的区别。电动车控制器好像没有用霍尔传感器的吧。
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
闲着会生病的
8年7个月前 IP:浙江
790299
引用 wjd_213:
我没说清,是控制方面的区别。电动车控制器好像没有用霍尔传感器的吧。
因为电动车电流大,电场、磁场干扰严重,转速传感器需要良好的电磁屏蔽,转速、位置的测量有通过旋转变压器来测量。没有设计位置测量的技术方案,大概是通过测量三相线在电机转动过程中反向电动势来确定的。
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
DiaoMao_Huang
8年7个月前 IP:广东
790985
准备做无刷电机控制器,方向发展有很多,学习一下,感谢提供资料
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
wilsonwang
8年0个月前 IP:湖北
816590
顶楼主,学本专业的学生感到自惭形秽啊
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
harly2200
7年11个月前 IP:广东
820469
怎么下载是个http格式的文件
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论

想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

所属专业
上级专业
同级专业
novakon
学者 机友 笔友
文章
1256
回复
8385
学术分
16
2008/03/29注册,2年2个月前活动

已走,勿送

主体类型:个人
所属领域:无
认证方式:手机号
IP归属地:未同步
文件下载
加载中...
{{errorInfo}}
{{downloadWarning}}
你在 {{downloadTime}} 下载过当前文件。
文件名称:{{resource.defaultFile.name}}
下载次数:{{resource.hits}}
上传用户:{{uploader.username}}
所需积分:{{costScores}},{{holdScores}}下载当前附件免费{{description}}
积分不足,去充值
文件已丢失

当前账号的附件下载数量限制如下:
时段 个数
{{f.startingTime}}点 - {{f.endTime}}点 {{f.fileCount}}
视频暂不能访问,请登录试试
仅供内部学术交流或培训使用,请先保存到本地。本内容不代表科创观点,未经原作者同意,请勿转载。
音频暂不能访问,请登录试试
支持的图片格式:jpg, jpeg, png
插入公式
评论控制
加载中...
文号:{{pid}}
投诉或举报
加载中...
{{tip}}
请选择违规类型:
{{reason.type}}

空空如也

加载中...
详情
详情
推送到专栏从专栏移除
设为匿名取消匿名
查看作者
回复
只看作者
加入收藏取消收藏
收藏
取消收藏
折叠回复
置顶取消置顶
评学术分
鼓励
设为精选取消精选
管理提醒
编辑
通过审核
评论控制
退修或删除
历史版本
违规记录
投诉或举报
加入黑名单移除黑名单
查看IP
{{format('YYYY/MM/DD HH:mm:ss', toc)}}