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马达控制概论Jun2017Agenda电机控制概述电机控制的相关词汇及概念不同电机的控制驱动原理及市场机会-BDC-BLDC-PMSM-ACIM-Stepper总结及提问电机工作原理:电能机械能如何转换:左手定则:F=nBLI电机控制概述Jun2017常见的电机控制因子:电压频率/转速励磁(电转磁)电流*转子角度*电机控制概述成本效果Jun2017最常见的电机种类直流有刷电机(BDC)直流无刷电机(BLDC)永磁同步电机(PMSM)交流感应电机/交流异步电机(ACIM)步进电机(Stepper)开关磁阻电机(SR)电机控制相关词汇电机控制相关词汇电机控制需要的MCU基本功能模块定时器AD转换器PWM发生器电机控制相关词汇Jun2017电机结构相关词汇定子线圈冲片转子磁钢冲片线圈机壳轴、轴承电机控制相关词汇Jun2017电机结构相关词汇内转子电机外转子电机电机控制相关词汇Jun2017电机结构相关词汇三相接法星形连接/Y型连接三角形连接/△型连接电机控制相关词汇Jun2017电机控制相关词汇角度传感器/位置传感器霍尔传感器光栅/编码器磁编码器旋转变压器电位器无传感器电机控制相关词汇Jun2017电机基本机械参数相关词汇(机械)转速RPM=60f/P额定转速/空载转速扭矩Nm(减速前/减速后)额定扭矩最大扭矩扭矩常数Nm/A功率W额定功率最大功率电机控制相关词汇Jun2017电机基本电气参数相关词汇额定电压额定电流内阻相电阻线电阻电感量相电感量线电感量电机控制相关词汇Jun2017电机扩展参数相关词汇极数/极对数交流电机转差率最高电频率电转速:RPM电频率:Hz与直流电机控制难度紧密相关交流电机转速=(1-转差率)*60*控制频率/极对数直流电机电转速=机械转速*极对数直流电机电频率=电转速/60频率越高的电机越难以控制(硬件/处理器性能限制)电机控制相关词汇Jun2017直流有刷电机(BDC)系统特性:+控制简单+系统成本低-噪声及干扰大-电机寿命受电刷限制BDC电机驱动原理Jun2017直流有刷电机(BDC)分类-永磁体有刷电机(PMDC)转子磁场的磁极与定子磁场的相反极相吸引-并激有刷电机(SHWDC)-串激有刷电机(SWDC)-复激有刷电机(CWDC)BDC电机驱动原理Jun2017直流有刷电机(BDC)控制基本框架BDC电机驱动原理Jun2017直流有刷电机(BDC)控制基本框架IIBDC电机驱动原理Jun2017直流有刷电机(BDC)控制基本框架IIBDC电机驱动原理Jun2017直流无刷电机(BLDC)系统特性:+寿命长+系统效率高-系统成本稍高-方波控制时噪音及震动大-需要位置传感器或位置检测电路/算法-控制芯片资源要求高-BLDC市场同时受到FOC及BDC挤压电机驱动原理BLDCJun2017Jun2017电机驱动原理BLDC•控制方式方波/6步正弦SVPWM直流无刷电机(BLDC)控制基本框架电机驱动原理BLDCJun2017直流无刷电机(BLDC)控制基本框架电机驱动原理BLDC+TORQUEFIRINGGreenWindingQ1,Q5Q1,Q6Q2,Q6Q2,Q4Q3,Q4Q3,Q560oHALLAHALLBHALLCQ1,Q5Q1,Q6Q3,Q5Sector5HallState01254623341550416BlueWindingRedWindingRGQ1Q3Q2Q4Q6Q5BJun2017直流无刷电机(BLDC)无感控制基本框架电机驱动原理BLDCJun2017直流无刷电机(BLDC)无感控制基本框架过零点检测电机驱动原理BLDC3BEMFCBEMFBBEMFAVnVnismotorneutralvoltageBEMFAistheBEMFvoltageinPhaseABEMFBistheBEMFvoltageinPhaseBBEMFCistheBEMFvoltageinPhaseCJun2017Jun2017BLDC应用领域机会:汽车配件(车规芯片及高可靠性)高压及大功率系统(芯片占总成本比例小)极高速100KRPM(1.66Khz)无传感方波AC/DBC转型过程中早期介入威胁:低成本方案已成熟市场/应用Jun2017BLDC应用领域ACBLDC:家用/通用水泵冰箱/电扇/吊扇/洗衣机AC供电电动工具空调(已基本完成转型)BDCBLDC车用水泵/油泵/雨刷/车窗控制/座椅调节车用冷凝蒸发风机电池供电电动工具Jun2017BLDC应用领域PowerTools•drill,screwdriver,saw•blower,vacuumcleaner,lawnmowerAutoPump•waterpump,fuelpump•start/stop,brakingpumpSmartDrones•propeller•gimbalAutoSmartActuator•windowlift,smartflap,mirrorcontrol•seatblower,seatadjustment,sunroofJun2017BLDC应用领域成功案例:航模电调(AVR/PIC16F1619)Jun2017BLDC应用领域成功案例:汽车风机(dsPIC33EP)方波较早从BDC转到BLDC车规需求为主要竞争力dsPIC的高性能PID调节器为转速控制提供了极佳的保障成功案例:空气净化器风机(PIC16F1933)SVPWM竞争对手通常为IC方案共振点难以控制基于MCU控制方案可以通过转速调节避开共振点Jun2017BLDC应用领域成功案例:吸尘器(PIC16F1933)吸尘器电机为极高频率通过改进的AN1160可以达到40KRPM电频率满足客户需求成功案例:空调室外机风机(PIC16F1933)方波电锯(PIC16F1933)Jun2017BLDC应用领域BLDC还可能存在的市场方向:1.不与人体直接的应用(方波,震动类除外)2.对于高转速有要求(FOC无法达到的转速)3.对噪音要求不高(高速风机,电动工具)4.对快速启动有要求(油泵)5.对成本有一定要求6.不需要精确控制扭矩Jun2017PMSMFOCSolution电机驱动原理PMSM永磁同步电机(PMSM)控制系统特性+震动及噪音小+矢量控制使全工况整体系统效率高于BLDC-最高转速受调制比限制低于BLDC-控制器成本高电机驱动原理PMSMJun2017永磁同步电机(PMSM)控制基本框架电机驱动原理PMSMJun2017永磁同步电机(PMSM)控制基本框架电机驱动原理PMSMSinePhaseGreenWinding60120180240300060oHALLAHALLBHALLC601200Sector5HallStates01254623341550416BlueWindingRedWindingRGQ1Q3Q2Q4Q6Q5BJun2017电机驱动原理PMSMJun2017电机驱动原理PMSMJun2017电机驱动原理PMSMJun2017PMSMvs.BLDCBLDCPMSMStatorFluxLinkageBackEMFψ1ψ2ψ3dψ1dθdψ3dθdψ2dθψ1ψ2ψ3dψ1dθdψ3dθdψ2dθJun2017永磁同步电机(PMSM)无感控制SMC滑模观测器(SMO)锁相环观测器(PLL)隆伯格观测器(状态观测器)高频注入(HFI)无传感控制的最大难度在于极低速运行及重载启动电机驱动原理PMSMJun2017家用-空调,电风扇-空气净化器,油烟机-冰箱-洗衣机-玩具(电动滑板,航模)-电动阻力车,电摩工业-打印机-绣花机-车床-CNC数控加工机床汽车-冷凝风扇-电动转向助力-水泵,油泵PMSM的应用领域Jun2017PMSM的应用领域Jun2017PMSM的应用领域Jun2017PMSM主推产品Jun2017PMSM主推产品Jun2017交流异步电机(ACIM)控制系统特性+可无需控制器,用电容运行+现阶段电机造价低于永磁电机+噪音及震动小-启动电流大-系统整体效率低-功率密度低-调速困难*通过矢量控制FOC的方法可以大大改善缺点电机驱动原理Jun2017交流异步电机(ACIM)控制系统框架电容式电机驱动原理Jun2017交流异步电机(ACIM)控制系统框架电机驱动原理Jun2017步进电机(Stepper)控制系统特性+位置控制效果好+控制简单-高转速受电机响应速度限制-运行效率低于其他电机电机驱动原理Jun2017步进电机(Stepper)控制的系统框架电机驱动原理Jun2017步进电机(Stepper)控制的系统框架整步控制:传统控制方式电机驱动原理ABSTEP1STEP2STEP3STEP4STEP1A’B’Jun2017步进电机(Stepper)控制的系统框架整步控制:2X控制增加扭矩电机驱动原理ABSTEP1STEP2STEP3STEP4STEP1A’B’Jun2017步进电机(Stepper)控制的系统框架微步控制:减少振动及步进分辨率电机驱动原理PWMCoilCurrentIMAXTimeTimeHIGHcurrent“ON”Jun2017电机驱动原理Jun2017
本文标题:FAE-MCHP-motor
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