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电机驱动电路模块(交、直流)-2016.8
注: 以上相线顺序根据不同厂家、不同规格可以是不同的,具体请参阅相 应型号的规格书。
35BYJ46 主要几个技术要求:
1. 额定电压:12VDC 2. 直流电阻:130欧±7%(25 ℃ ) 3. 驱动方式:四相八拍(即A,B,C,D四根相线) 4. 减速比:1/85 5. 步距角: 7.5 °/85(每一拍角度值) 6. 自定位转矩>=600gf.cm 7. 牵入转矩: >=1500gf.cm(100HZ) 等等;
目录(目前我司常用的几大类): 一、步进电机 二、直流电机
三、PG交流电机(PID算法)
一、步进电机介绍:步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非
超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响, 当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为"步距角 ",它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定 位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
肺宝用无霍尔传感器FOC电机:无霍尔FOC实现了启动平稳,超
静音,逆风启动等性能;下面了解下FOC电机的一些技术特征: FOC电机的特性: 1. 控制算法:无传感器FOC 2. 控制方式: 速度控制/恒DUTY PWM控制 3. 调制方式:空间矢量脉宽调制(SVPWM) 4. 电流采样方式: 2/3桥臂电阻取样; 5. 调制频率: 16KHZ; 6. 速度波动率: <0.5%; 极数4极; 7. 启动方式: 恒电流启动,软启动; 8. 保护功能:内部锁住保护(含电压堵住,自动断电及断电后自重启等 )、极性保护(VCC与GND反接时,不导通)、过流保护等; 9. 无传感器磁场定向控制(FOC)具有转速稳定度高、没有传感器误差 影响等诸多优点;
步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电 流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时 序控制器。
步进电机典型内部接线示意图:
我们一般常用步进电机为四相八拍的,示意接线图如上。下面我们例举一款BYJ系列减速 永磁式步进电机(35BYJ46)作详细阐述。 接线图: 红线: 供电+12VDC 棕色: A相线 黄色: B相线 橙色: C相线 蓝色: D相线
FOC电机->我司应用时典型硬件接口电路原理:
1. 电机采用12V供电;PWM信号电压根据相应 FOC电机规格参数来决定。 2. 我司目前应用的电机内部PWM信号采用3.3V 供电,并通过检测MCU给定PWM波形信号的占空 比Duty来实现对电机的速度的调节。 3. IO-PWM脚给定的驱动频率F =4KHZ;适当的 PWM频率可以缓解对MCU的苛刻需求。 4. 软件上鉴于PWM的频率不是太高, 可以采用定时器模拟的方式来实现,通过调整 定时器的初值参数来实现对PWM占空比的调整,如果要提高PWM控制的精确度 建议还是采用专用的PWM口来输出控制。
风系统 ,最常见于电风扇、空调外机风扇等 ,贯流风叶叶片成长条状以轴为中心筒形排列外形似水桶 ,常用于排风系统, 最常见的类似吸油烟机 ,空调挂机等 。 )
直流无刷电机->我司目前使用的一款江苏三江的型号YCZW003
2. 直流电机内部电路图:
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
直流无刷电机->我司目前使用的一款江苏三江的型号YCZW003
针对以上的技术指标需要注意以下几点:
1. 供电电源:12VDC 电源需要尽量稳定,控制在12VDC ±1V以内。过大的电源纹波 会造成步进电机转动不平稳,工作中会有微弱抖动。 2. 常用步进电机的驱动方式:如顺时针一个循环八拍为 A相->AB相-> B相->BC相->C 相->CD相->D相->DA相 ;同理逆时针一个循环八拍
二、直流无刷电机介绍:无刷直流电机由电动机主体和驱动器
组成,是一种典型的机电一体化无刷直流电机实物图产品。 电动机的 定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。电动 机的转子上粘有已充磁的永磁体 ,为了检测电动机转子的极性,在电 动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其 功能是:接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、 停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功 率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控制 和调整转速;提供保护和显示报警等等;直流无刷风机具有高效率、高 可靠性等特点,并能从很大程度上实现静音效果。
FOC电机->我司应用PWM控制信号输出代码(中颖SH79F084A): 1. Pwm初始化相关:
FOC电机->Pwm驱动高、低档风机简易代码示例:
BRUSHLESS COOLING FAN 直流无刷风扇电机->高转速、低噪声, 控制方式简单、方便,能效较高; 该直流无刷风扇电机的特性:
1. 控制算法:调节PWM的占空比,从而调整电机控制端的电压值; 2. 控制方式: 速度控制 /恒电压控制; 3. 调制方式:PWM脉宽调制方式; 4. 调制频率: 一般4KHZ, 根据具体硬件电路电容、电阻决定周期多少; 5. 启动方式: 软启动,启动电压需 >6VDC; 6. 保护功能:内部锁住保护(含电压堵住,自动断电等)、极性保护(VCC与 GND反接时,不导通)、过流保护等;
3. 电机接线端子定义:
直流无刷电机->我司目前使用的一款PG电机型号YYR20-4A10-PG-2
4. 直流电机速度控制的实现:一般不同厂家的电机启动的VSP电压及最大极限的VSP电压有所
不同; 典型速度指令电压曲线,
直流无刷电机->我司目前使用的一款江苏三江的型号YCZW003
5. 直流马达的反馈Feed Back(FG): 采用OC门集电极开路输出,注意单片机IO( 建议EXT_INT)外
1. Pwm初始化相关: 电机控制函数:
直流无刷电机(马达) DC310V->我司使用 江苏三江的型号YCZW003
其典型的技术指标如下(电机绝缘温度E级:绕组温升限值75℃,最高允许温度120℃):
直流无刷电机->我司目前使用的一款江苏三江的型号YCZW003
1. 控制接口说明及原理示意(注: 轴流风叶叶片宽大 、短,与转轴几乎是在同一平面 ,常用于送
旋转到位,而有些会在步进电机连续运行几个或几十个小时后利用一些限位进行一次自动 校准过程,这样可以防止在长时间运转过程由于步进电机偶尔的失步造成运转角度的偏离 。
常用软件控制处理方式:
以东芝芯片TMP86FH09为例: 1. 初始代码如图:
2. 简易驱动代码如图: (其他相关初始化及设置略)
常用步进电机的硬件驱动线路:
1. 采用ULN2003达林顿驱动芯片; 2. 单片机MCU驱动IN一般建议规划在同一 个PORT口(如P1.0~P1.3)因为步进电机驱动 程序一般是放在中断程序中的(当然能保证每拍驱 动时间等长也可以放主程序中处理 ); 同一个P口 可以提高代码的执行效率; 3. 硬件原理实施:若单片机 A-IN~ D-IN驱动IN相应口线输出高, 则A-OUT ~ D-OUT步进电机实际 相应口线导通;
为 DA相->D相-> CD相->C相->BC相->B相->AB相->A相 ; 由于每根相线直流电阻典型值为130欧,结合软件控制方式每次最多2根相线处于 工作状态。所以设计步进电机瞬时驱动电流大小为:I=2* 12V/130欧=184.6 mA , 设计时也请留足余量:建议>=200mA; 3. 每相脉冲持续时间:四相八个拍, 每个相线脉冲保持时间参考电机的自定位力矩 和牵入转矩等参数、并结合实际应用经验及一些应用负载场合实际状况。我们 一般建议采用值:4MS~10MS; 并且每个相线这个驱动时间应尽量等长,不等长 同样也会造成电机在转动过程中有抖动。 注: a. 若这个时间太短(如1MS甚至更小)转速会很快,可能在转动过程中不好 控制,容易失步,并且力矩很弱可能带不动相应的负载(如摆页、风门等); b. 这个时间如果太长如一拍20MS或者更大,那么电机转动会很慢,效率很低 ,但是转动力矩会得到相应提高。一些需要大转矩场合可以适当加大这个时间 长度。这个原理也累似于汽车发动机转数与牵引力的关系( 这个转速与扭矩的关 系大家可以在实际使用过程中灵活调整,从而达到最佳的效果 !)。
就适当取得比较大(可以减小电机供电纹波),但是有些直流电机可能单纯只是取一个电压信号,那 么这个电容发就可以取比较小如47UF或4.7uf等;
另外针对上述第三点提到的需要大电流驱动的场合还有一种方式值得大家借鉴:
大家可以看下下面的电机控制端电路的优点有哪些:
直流无刷风扇电机->我司应用PWM控制信号输出代码(东芝TMP86FH09):
注意点: a.在空调产品的步进电机控制中一般在上下角度极限点的时候会有个停顿过程,这个时
间一般是几十毫秒或者是零点几秒,此时所有相线保持不通电状态,这样一方面是为了功 能上实现的需要,一方面可以减轻步进电机里面线圈绕组的发热程序,延长使用寿命。
b.另外一般对某些有极限位置的产品会在极限位置加几个拍的驱动脉冲,从而保证步进电机能
具体转动角度计算方法: 我们结合减速比(1/85)及步距角( 7.5 °/85 )这两 个参数 可以计算出软件上应该给几个八拍的脉冲: 假设要顺时针转动45°角= ( 7.5 °/85 )*8拍 *X; 得出X=63.75, 所以我们程序里面可以设置 64这个值,以达 到控制步进电机转动45 °角的目的; 5. 步进电机软件驱动方法: 采用定时中断调用,尽量保证每个节拍的驱动时间等 长,步进电机端口赋新值尽量一次性赋值,步进电机停止时确保所有四相的驱 动口线保持关闭,若有未关闭口线则会因长时间通电发热,损坏电机。另步进 电机摆动时到达极限位置时可适当停顿几十毫秒(MS)时间,有利于缓解步进电 机内部线圈发热现象,提升其工作及使用寿命。 4.