BLDC基础概念之机械角和电角度
- 机械角和电角度的定义
机械角:机械角就是空间几何角度,用圆规能够测量到的。因为电机是圆形的,所以它的范围是0-360度。
电角度:从定子来看,定子电流变化一个完整的周期定义为电角度的0-360度,称为一个电周期。一个电周期可以在空间360度完成也可以在空间180度或者90度或者60度完成,这和电动机(发电机也是这样)绕组布置成几对磁级有关。
从转子来看, 转子上分布有N对磁钢,电角度以一对磁钢为基准,形成电磁场的绕组经过一对磁钢的N极、S极、再回到另一对磁钢的N极时,完成从N、S、再到 N极一对磁钢的跨越,这就是电角度的一周。从N极只到 S极,则转子只运行了180°。一台电动机的转子转动一圈有多少电角度,视磁钢对数而定,只有一对磁钢的,电角度和自然角度一致,有两对磁钢的,为2X360°,5对磁钢的,为5X360°,依此类推。
电角度的校准
2.1. 电机转动的基本原理
BLDC的转子是永久磁体,定子是通电线圈,根据高中学到的安培定理,定子就是一个电磁铁。磁铁之间相互吸引或排斥就是电机能够转动的原因。BLDC的控制实质就是控制定子线圈产生旋转的磁场拖着转子转动。2.2.为什么要校准电角度呢?
假定定子磁场大小为p,转子磁场大小为q,那么电机的出力F正比于p和q的叉乘p.q = |p||q|cosδ,由此可知δ = +/-90度时,电机的出力达到最大值。由此可知,电角度校准的目的是为了获得最大的力矩转换效率。2.3 电角度校准的步骤
1). 定子磁场0度定位: 控制定子磁场到+/-90度方向, 由于磁场的相互作用,转子磁场也会被拖动到和定子磁场同样的方向。并此时记录编码器的读数cnt0。此位置就是控制电机转动时的定子磁场0度的位置。
2).控制电机转动:用当前编码器的实时读数cnt减去定子磁场0度编码器的读数cnt0作为定子磁场的角度。这样的定子磁场和转子磁场始终正交,就能获得最大的控制力矩。BLDC的控制
3.1.BLDC控制基础概念
BLDC的控制就是要产生旋转的定子磁场拖动转子转动。那么,产生旋转的磁场就要产生旋转的电压。这就是传说中的FOC(磁场定向控制)。给定一个电压大小和方向,通过一系列的计算(FOC算法)在定子线圈上产生同样方向的磁场。
3.2.BLDC控制的硬件原理
通过控制三对MOS管的开断,输出电压。旋转的电压不就是正弦电压信号吗? MOS管的开断如何能产生正弦信号电压?答案是电压的平均值等效原理, PWM输出的占用比越大,电压越大;占空比越小,电压越小.。这就是逆变(直流信号变交流信号)。
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