文档介绍：ST72141 单片机在直流无刷电机控制中的应用 ST72141 ST72141 单片机单片机在直流无刷电机控制中的应用在直流无刷电机控制中的应用 ST ST 单片机亚太区技术支持中心单片机亚太区技术支持中心 ST72141 ST72141 单片机介绍内容单片机介绍内容介绍目录 A. 永磁直流无刷电机的基本原理 B. ST72141 产品介绍- 基本功能- ST7 单片机内核- 电机控制模块- 驱动模式:电流模式 / 电压模式 C. ST72141 优点 D. 附录- 起动时序 - PI闭环控制算法永磁直流无刷电机的基本原理永磁直流无刷电机的基本原理?主要优点: 运行效率高 (最高可达到 98%) 调速性能好低噪声更高的可靠性 / 更长的使用寿命 (无电刷) 具有较大的启动力矩(与交流电机相比) ?主要应用: 压缩机 (空调,冰箱) 小家电 (吸尘器, 食物搅拌机)工业风扇电单车汽车电子 (油泵,水泵, 冷却风扇,空调) 办公自动化应用 (激光打印机,复印机) 永磁直流无刷电机的基本原理永磁直流无刷电机的基本原理(1) (1) ?运行特性 : 同步特性 :定子磁通量与转子机械转速同步. 定子结构 : 3 相绕组 (可由多对极组成). 转子结构 : : 1 机械周期 = P 电子周期对于单对极电机 : 1 电子周期(6 步) = 1 机械周期 1 NS ABC AB2 NS AC AB 永磁直流无刷电机的基本原理永磁直流无刷电机的基本原理(2) (2) ?驱动方法 : 6 步换相( 相电流为 T形波 ) 相序: AB ? AC ? BC ? BA ? CA ? CB2 T1 T1 T3 T3 T5 T5 T4 T6 T6 T2 T2 T4 123456 ttt ABC A,B,C 三相电流波形 UVW 16 543C A T5T6 T3 T1T4 T2 B +300V DC - +I 单对极电机运行特性单对极电机运行特性 1 NS ABC T1-T4 2 NS T1-T6 AB3 N S AB T3-T6 4 N S ABC T3-T2 5 N SA T5-T2 BC6 NSABC T5-T4 1电子周期(6 步) = 1 机械周期两对极电机运行特性两对极电机运行特性 4 256 ABC T1-T4 T1-T6 A AA A B B T3-T6 BC T3-T2 T5-T2 BC ABC T5-T4 1S S NN 1SSN N1 SS NN 1SS NN 1 SS NN 1 SSN N1 C SS NN 1 2电子周期(12 步) = 1 机械周期永磁直流无刷电机的基本原理永磁直流无刷电机的基本原理(3) (3) ?控制方法 : ?为了能够实现自动换相, 必须时刻检测电机转子的位置. 一般来说,有2种方法检测转子的位置:通过霍尔位置传感器检测转子的位置(sensor mode) 通过电机绕组的反电动势检测转子的位置(*注) (sensorless mode) ?换相时刻点:当定子绕组的电流与其反电动势同相时进行换相时. ?控制过程要求时刻保持定子绕组的电流与发电动势信号同相: Pe = E * I; E --- 定子反电动势, I ---- 定子电流, Pe ---- 有用功率注: ?定子绕组反电动势是由永磁转子的旋转在定子绕组中感应生成: e=dj/dt, 它的产生与电机通电与否无关 (当手动转动电机转子时,同样也能在定子中产生反电动势),与转子转速成正比. ?因此,定子相电压由外加驱动电压与反电动势叠加而成. 永磁直流无刷电机的基本原理(3) 电机定子绕组内的信号波形 t current Back- EMF 反电动势检测的实现反电动势检测的实现: : 常规方法常规方法(1) (1) 策略: - 需要创建一个虚拟中心点. - 取自虚拟中心点及反电动势的信号被分压、: - 由于对被检测信号进行了分压, 使得灵敏度降低并且在低速时检测困难导致低速性能较差. - 由于对被检测信号进行了滤波, 导致了转子位置检测滞后. 300V ~ POWE R GND NN' + 5V 电阻分压 & 滤波 BU S ~电源地 N BU S ~NN'电源地虚拟中心点电阻分压 & 滤波