标题:STM32单片机开发时常见的无刷直流电机的转动原理
作者:佚名
日期:2024-04-30 11:24:50
内容:
分享这篇好文章，了解STM32微控制器开发中常用的无刷直流电机。
无刷直流电机简介
直流无刷电机，英文缩写为BLDC（Motor）。 电机的定子是线圈或绕组。 转子是永磁体，也就是磁铁。 根据转子的位置，用单片机控制各个线圈的通电，使线圈产生的磁场发生变化，从而不断吸引前面的转子，使转子旋转。 这就是无刷直流电机的旋转原理。 让我们仔细看看。
无刷直流电机结构
让我们从最基本的线圈开始。 如下所示。 线圈可以被认为是像弹簧一样生长的东西。 根据初中时学过的右手螺旋法则，当电流从线圈的上流向下时，线圈顶部的极性为N，底部的极性为S。
现在再制作一个像这样的线圈。 然后尝试一下这个位置。 这样，如果电流通过它，它就会像有两个电磁体一样。
再取一根来构成电机的三相绕组。
再加上永磁体制成的转子，就是无刷直流电机。
无刷直流电机电流换相电路
无刷直流电机之所以只使用直流电源而不使用电刷，是因为有一个外部电路专门控制其线圈的通电。 这种电流换向电路最重要的元件是FET（场效应晶体管，Field-）。 将 FET 视为开关。 下图将 FET 标记为 AT（A 相顶部）、AB（A 相）、BT、BB、CT 和 CB。 FET 的“打开和关闭”由微控制器控制。
使用霍尔传感器确认转子位置
霍尔传感器可以通过霍尔效应（Hall）来检测磁场强度的变化。 根据高中物理中学到的左手定则（用于确定磁场中带电导体受力的方向），在霍尔传感器所在的电路中，磁场使带电粒子的运动发生偏转，带电粒子“撞击”霍尔传感器两侧会产生电位差。 这时可以在霍尔传感器的两侧连接一个电压表来检测这个电压变化，从而检测磁场强度的变化。 原理如下图所示。
电角与机械角的关系
虽然在这里插入这么一点知识有点奇怪，但我还是觉得有必要直流电动机 高中物理，因为我学的时候感觉不太好理解。 这里以霍尔传感器为例可能更容易理解。 机械角是电机转子实际旋转的角度。 电角和机械角的关系与转子的极对数有关。
电气角度 = 极对数 x 机械角度因为线圈产生的磁场实际上会吸引转子的磁极。 所以对于电机的旋转控制，我们只关心电角度。
如何控制无刷直流电机的转速？
线圈两端的电压越大，通过线圈的电流越大，产生的磁场越强，转子旋转得越快。 因为连接的电源是直流的物理资源网，所以我们通常采用PWM（Pulse Width，脉冲宽度调制）来控制线圈两端的电压。 PWM的简单原理如下。
因此直流电动机 高中物理，当无刷直流电机通电时，利用单片机产生的PWM不断控制场效应管的开通和闭合，可以使线圈反复处于通电、通电、断电的状态。 当通电时间长（占空比大）时，线圈两端等效电压大，产生的磁场强度强，转子旋转快； 当通电时间短（占空比小）时，线圈两端的等效电压小，产生的磁场强度弱，转子转动缓慢。
PWM波形连接到FET的栅极来控制FET的打开和关闭。 假设当Gate上的电压较高时，FET关闭并导通； 当栅极上的电压较低时，FET 打开并且不供电。
而且，同相的上下场效应管必须采用反相PWM波形控制，防止上下场效应管同时导通，导致电流上下相同，不经过上、下场效应管。电机，造成短路。
无刷直流电机有以下三个关键点：