盲目驱动无刷直流电机BLDC


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我正在寻找一种带MCU的BLDC控制器,并且正在阅读atmel指南AVR444,该指南逐步介绍了无传感器反电动势定时控制驱动器所需的设计和软件。

我正在拓宽对这一主题的理解。我正在寻找的应用程序是RC四轴飞行器,因此速度精度的等级并不重要,只要总推力可以快速响应即可变化。负载也不会有太大变化。电动机将是3相(Y绕组),大约5-10V,<10A。

我了解浮动绕组中反电动势的概念,以使电场同步旋转。但是,我的理解也是,转子处承受的转矩与电场和永久性转子磁场之间的旋转差成正比。因此,转子通常会稍微滞后,从而产生扭矩,迫使转子试图追赶。

AVR444应用笔记设计了一种软件,该软件可以从一开始就驱动电动窗帘(使用固定的时序),并将其加速到一个点,然后让反电动势控制软件来接管。这对我来说很有意义,但是我很好奇的是,驱动电动百叶窗的局限性是什么?

只要转子的转速和电场的转速之间没有太大的差异,转矩就会使转子加速并迫使其与电场匹配。由于电场是由软件控制的,因此盲目地驱动电场并假设转子保持转动会带来什么问题?我想,它可能时不时地打滑旋转,但是在相当高的速度(1000到5000rpm)和一定程度的惯性下,这肯定会平均吗?如果说来回旋转速度为100rpm,那我就不会太着急。

使用固定的电动机驱动电压和固定的旋转频率,我希望绕组中的电流随转子所需的转矩量而变化,以使转子与电旋转相匹配。电源上的限流器可能会阻止任何过分疯狂的事情。

有什么想法吗?我意识到首选的方法是在控制回路中使用反电动势,但我正在寻找一个想法,即不使用控制回路而盲目驱动BLDC电机的局限性是什么。

编辑:除了是一个有趣的研究点,它还有实际用途。盲目驱动BLDC电机是一项相当琐碎的任务,单个控制MCU可以执行。我正在查看的当前设计需要小型,独立的MCU,以使每个电动机运行紧密的控制回路。在具有4个电机(可能更多)的设计中,这是板上1个和5个MCU之间的差异。


“一目了然”,我想你会因适当的控制而遭受严重的性能损失。开环启动的原因是没有可用的反馈-与基于传感器的系统不同,在该系统中,您一直处于从静止到闭合的控制状态。使用闭环反电动势反馈,可以通过允许驱动场和从动场之间的角度增加到您确定不会引起打滑的某个极限,来驱动电动机接近其最大可能的性能。没有反馈,您不知道转子在做什么。...
罗素·麦克马洪

...评论:大约2年前,我玩过BLDC电机控制,此后就没有太多实际经验了。我的评论基于实际但时光倒流的回忆| 深入研究过去的记忆:这不仅仅是“滑动打滑”的问题,它意味着持续朝着所需方向行驶。滑行时,驱动方向将反转,并且转子会受到减速力的作用。由于现场继续相对于转子旋转,你会进入正向驱动的区域,然后如果仍然再次滑落进入反向驱动等...
拉塞尔麦克马洪

...电动机可能同步良好且快速,但可能无法同步。每次滑行时,都有可能导致驱动器振荡。| 我怀疑这实际上是一个1或5个MCU的决定-如果您认为拥有一个带有远程电动机的MCU应该是可行的。但是,与所有其他成本相比,MCU的成本是绝对最低的,多次复制适当的设计仅会消耗廉价的硬件。
罗素·麦克马洪

我明白你的意思。打滑时,它不会滑行直到下一个旋转-它将承受负扭矩,使其减速,从而容易引起振荡。
奥利弗

@Oliver:不太。一旦打滑,您的平均转矩突然变为零,并且电动机将完全失速。如果没有其他反馈,您基本上无法恢复。想想什么是单据。您试图使电动机更快地运转。在短期内,它将看到负转矩,因此情况会变得更糟。当时没有机制可以加速电机以使其再次同步。为什么不使用霍尔传感器?这样可以实现高效的驱动,这在依靠电池供电时很重要。
Olin Lathrop 2014年

Answers:


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驾驶电动窗帘是个坏主意,原因有以下几个:

  1. 这是低效的。运转电动机的最有效方法是使磁场在转子之前90°。换句话说,转子上的转矩是驱动磁场和转子的磁方向的乘积。

    通过位置反馈,磁场可以保持在最佳角度附近,这意味着电流实际上是在推动电机而不是将其固定在适当的位置。换句话说,振幅就是在最大转矩配置下保持电动机以所需速度旋转所需的振幅。当您不知道转子在哪里时,您最终会使电动机过度驱动。

    另一种观察方式是驱动场具有正弦和余弦分量。假设余弦是转子之前90°的部分,而正弦部分是转子当前所在的位置。可以将任何相位角视为正弦和余弦分量的不同混合。但是,只有余弦分量驱动电动机。正弦分量仅会导致发热,并浪费功率。

  2. 一旦松开锁,游戏就结束了。在固定驱动的情况下,低扭矩时驱动角度仅比转子小一点。随着速度的增加(有效的驱动电压由于反电动势而自动减小)或负载增加,固定驱动器将在转子之前上升90°。

    但是,此时它就在边缘,任何更改都将导致较小的扭矩。如果电动机上的负载增加,转子将滞后90°以上,这将导致扭矩减小,从而使转子滞后更多。在接下来的1/4转打滑中,前进扭矩将减小为零。然后在接下来的1/2圈中,驱动扭矩实际上将转子向后推动。

    至此,您完全被搞砸了。请记住,您首先遇到了这种困境,因为驱动扭矩无法跟上负载,并且在最后3/4圈中您刚刚经历了净负驱动。如果突然卸下了负载并且如果您很幸运,那么转子可能可以在下一个1/4周期内加速以与驱动器同步,但是如果某种情况首先导致了问题,则肯定无法这样做。仍然存在。

    一旦转子不同步,任何一转的净转矩就为0。两个频率不同的正弦波的乘积始终平均为0,无论它们之间的相位角如何。


值得一提的是,虽然步进电机和无刷电机在概念上非常相似,并且前者的结构通常能够安全地将100%的额定工作功率耗散为热量,但大多数无刷电机无法安全地以这种方式处理?
supercat 2014年

@ Olin在这些年来无传感器或盲目驾驶之后仍然表现不佳。我没有对此做任何工作,所以我认为您是正确的+1。我记得当我有头发并且没有超重时为此工作的大学同事他的主人。那是1986年,当时我有一个研究岗位,正在重复控制系统课程。我给他看了我的东西,他给我看了BLDC电机的设置。我没有帮他,那全是微型东西。他所做的就足够了对于洗衣机而言,这还不是完美的。令我惊讶的是,这些年来盲目驱动技术还没有得到完善。
自闭症

@Aut:无传感器驱动和盲驱动完全不同。无传感器是推断转子位置的另一种方法,但最终仍会使用假定的位置来驱动电动机。如果正确实施,无传感器可以很好地工作。
Olin Lathrop

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因此速度精度的等级并不重要,只要总推力可以快速响应即可变化

并不是真正的工作原理,只是在谷歌上了解四轴飞行器的新escs如何出于速度和精度的原因超越标准伺服pwm。

其次,“盲启动”的唯一目的是使转子随机地运动,因此它的初始位置可以由它引起的反电动势确定。

还请记住,BLDC是同步电动机,“滑移”在这里没有太大的位置。在“无尽的领域”论坛上可以找到大量的资源,可以以“人类”的方式学习非常“数学”但基础的理论:-)

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