【機械自動化】BLDC驅動器ESC

文章《【搶頭條】迄今最全的無刷電機工作及控制原理分享-絕對...!》《無感無刷直流電機之電調設計全攻略》中已經很詳細的解釋了無刷電機的工作原理,但是文章中沒有介紹BLDC的驅動器。以ESC(Electric Speed Controller)爲例,這是四軸飛行器上的無刷電機使用的一種無刷電機驅動器,也叫“電子調速器”,俗名“電調”,我使用過的電調以及配套的無刷電機長這樣:

 

電調的三個藍色線接到BLDC的三相,右邊的紅黑線接電源,左邊的杜邦線接到控制器,控制器通過PWM信號控制電機轉速,原理好像很簡單。但是BLDC的工作原理好像不僅僅需要三相電力線,還需要相位傳感器,用於檢測當前轉子的角度以判斷如何產生下一個線圈激勵信號,一般使用霍爾元器件來檢測位置,如下圖:

 

不過我使用過的電調模塊和無刷電機好像並沒有霍爾傳感器的接線口,電機只有三相電力線與電調相連,沒有其他傳感器線,那這個電調是如果檢測轉子位置的呢?這裏使用的是一個叫做BEMF的技術,在第三個參考文章中有介紹到該技術的原理,簡單來說,無刷電機的三相線一般只有其中任意兩根線通電,這時候另一相是不通電的,這時候這個“閒置”的一相就可以作爲檢測傳感器,利用這個方法就可以實現位置檢測。

參考 https://zhidao.baidu.com/question/710461076878792525.html 的內容:

“電調是電子調速器,英文electronic speed controller,簡稱ESC。針對電機不同,可分爲有刷電子調速器和無刷電子調速器。它根據控制信號調節電動機的轉速。

反電勢法(BEMF)原理簡單, 實現方便, 是目前應用最多的一種位置傳感器的位置檢測方法, 但這種方法也有兩個弱點, 即: 起動困難和誤差補償。當電機靜止時或轉速較低時, 反電勢爲零或很小, 很難通過反電勢過零點檢測來得到正確的位置信號, 故這種方法嚴重影響了電機的調速範圍, 使得電機起動困難。

如果還想學習這些專業資料,可以到電機英才網上看看。”

TI公司有一款使用BEMF技術的BLDC驅動芯片:DRV11873,http://www.ti.com/cn/lit/ds/symlink/drv11873.pdf

參考電路:

DRV11873的使用參考文章:

1、《利用NE555+DRV11873芯片設計製作一個硬盤電機驅動板》http://bbs.elecfans.com/jishu_583294_1_1.html

2、https://blog.csdn.net/zlllg/article/details/93506869

這裏還需要再說說無刷電機的KV值,這裏的KV不是千伏,而是KiloRotationsPerMinute / Voltage,也就是每增加1V電壓,電機轉速每分鐘提高的千轉數,例如1000KV的無刷電機在11.1V的電壓下的空載轉速爲11100RPM。這裏我一開始很疑惑,因爲我控制電機轉速是通過PWM控制的,我認爲電調內部是通過調整電機三相信號的頻率來調整電機的轉速,但是學習到了上面的BEMF技術之後,突然想起來,BLDC是通過檢測電機轉子的位置來生成三相信號的,所以,電機的轉速是取決於電機轉子被電機定子的磁力產生的吸引(排斥)力,吸引(排斥)力越大,顯然轉子的運動速度越快,這樣一來轉速越快,而轉子的轉速決定了電調產生的三相激勵信號的切換頻率,因此決定BLDC轉速的不是三相激勵信號的頻率,而是加在電機上的電流大小,也就是說加在電機三相上的電壓越大,產生的電流也會越大,這樣轉速也會越高,這就解釋了KV值得由來,電機的KV值和電機的極數、線圈的圈數以及線圈的電阻有關。舉個例子,電機線圈的圈數相同情況下,電機線圈電阻越小,相同相電壓產生的電流越大,因此電機的KV值約高。我們通過PWM信號控制電機轉速,原理上其實是電調調整了加在電機上的相電壓大小(可以使用PWM調節相電壓),而不是改變三相激勵信號的切換頻率。

 

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