电机控制

随着电机在越来越多的系统应用中日益普及，开发人员需要能确保系统尽可能高效运行的产品和工具，同时减少电路板尺寸、元件数量和能耗。美国微芯科技公司（Microchip Technology Inc.）今日宣布扩大电机控制产品阵容，推出全新数字信号控制器（DSC）和单片机（MCU）产品，提供设计工具、开发硬件、转矩最大化算法和冰箱压缩机参考设计。

智能化的今天，离不开一样重要的东西，那就是电机。如果没有电机，就没有今天这么先进的智能化设备，就没有今天如此的生活。关于电机，你了解多少？

<strong>★什么叫电机？</strong>

答：电机是将电池电能转换成机械能，驱动电动车车轮旋转的部件。

<strong>★什么叫绕组？</strong>

答：电枢绕组是直流电机的核心部分，是铜质漆包线绕制的线圈。当电枢绕组在电机的磁场中旋转都会产生电动势。

<strong>★什么叫磁场？</strong>

答：在永磁体或电流周围所发生的力场及凡是磁力所能达到的空间或磁力作用的范围。

<strong>★什么叫磁场强度？</strong>

答：定义载有 1 安培电流的无限长导线在距离导线 1/2 米远处的磁场强度为 1A/m （安培 / 米，国际单位制 SI ）；在 CGS 单位制（厘米 - 克 - 秒）中，为纪念奥斯特对电磁学的贡献，定义载有 1 安培电流的无限长导线在距离导线 0.2 厘米远处的磁场强度为 10e （奥斯特），10e=1/4.103/m ，磁场强度通常用 H 表示。

电气作业人员最熟悉的电动设备应该就是电动机了，电动机在启动的时候有很多种方式，包括直接启动，自耦减压启动，Y-Δ 降压启动，软启动器启动，变频器启动等等方式。那么他们之间有什么不同呢？

<strong>1、全压直接启动</strong>

在电网容量和负载两方面都允许全压直接启动的情况下，可以考虑采用全压直接启动。

优点是操纵控制方便，维护简单，而且比较经济。主要用于小功率电动机的启动，从节约电能的角度考虑，大于11kW 的电动机不宜用此方法。

<strong>2、自耦减压启动</strong>

利用自耦变压器的多抽头减压，既能适应不同负载启动的需要，又能得到更大的启动转矩，是一种经常被用来启动较大容量电动机的减压启动方式。

它的最大优点是启动转矩较大，当其绕组抽头在80%处时，启动转矩可达直接启动时的64%。并且可以通过抽头调节启动转矩。至今仍被广泛应用。

<strong>3、Y-Δ启动</strong>

<strong>BLDC电机控制算法</strong>

无刷电机属于自换流型（自我方向转换），因此控制起来更加复杂。

BLDC电机控制要求了解电机进行整流转向的转子位置和机制。对于闭环速度控制，有两个附加要求，即对于转子速度/或电机电流以及PWM信号进行测量，以控制电机速度以及功率。

BLDC电机可以根据应用要求采用边排列或中心排列PWM信号。大多数应用仅要求速度变化操作，将采用6个独立的边排列PWM信号。这就提供了最高的分辨率。如果应用要求服务器定位、能耗制动或动力倒转，推荐使用补充的中心排列PWM信号。

为了感应转子位置，BLDC电机采用霍尔效应传感器来提供绝对定位感应。这就导致了更多线的使用和更高的成本。无传感器BLDC控制省去了对于霍尔传感器的需要，而是采用电机的反电动势（电动势）来预测转子位置。无传感器控制对于像风扇和泵这样的低成本变速应用至关重要。在采用BLDC电机时，冰箱和空调压缩机也需要无传感器控制。

空载时间的插入和补充：

大多数BLDC电机不需要互补的PWM、空载时间插入或空载时间补偿。可能会要求这些特性的BLDC应用仅为高性能BLDC伺服电动机、正弦波激励式BLDC电机、无刷AC、或PC同步电机。

<strong>整体结构及功能介绍</strong>

用MATLAB2013以上版本打开文件，看到如图1所示界面：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-07/wen_zhang_/100050599-102722-1.j…; alt=“” width="600"></center><center><i>图1</i></center>

可以看到仿真最外层由四个模块组成：电源模块（红色方框）、电机与控制模块（蓝色方框）、控制信号给定模块（黄色方框）、信号分路与显示模块（绿色方框）。其系统原理框图如图2所示：

电子工程师在设计电机驱动产品时会遇到哪些困难？ 效率上不去，IC 温度高怎么办？ PCB 尺寸小，不能完成布板怎么办？

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-07/wen_zhang_/100050338-101768-b.p…; alt=“” width="600"></center>

<strong><font color="#004a85">时间：2020-07-23 10:00:00 至 11:30:00</font> </strong>

在本次研讨会中，Toshiba 的专家们将分享东芝电机驱动特点和解决方案。因为东芝在无刷电机驱动，步进电机驱动方面拥有一些独有的技术，比如：

在运动控制系统，经常遇见，线接完了，驱动电机运动的程序也写好了，但是电机就是不动，这是什么原因呢，该如何查呢？

其可能存在原因为：

1、线未接对

2、相关器件设置不对

3、相关器件有故障

以下是相关排查手段，不全，但是可以排查一些问题。

在排查之前，先说一下运动控制器系统的配置（其运动控制系统可能为配置1、配置2、配置3,见本文图:下拉就可以看到图了）

确定控制系统后，想办法进行对比测试，如 可以运行的系统和目前存在问题的系统比对，其详细步骤如下。

<strong>步骤1：线路是否正常</strong>

1、检查线路，是否有错接、漏接，如24V电源，5V电源，共地等，仔细核查和电气接线图是否一致

2、测试通断，线缆1、线缆2 、端子板无问题，

3、测试线路的电阻，如果需要加限流电阻而未加，请加上，如果不需要加限流电阻，而加了，请除去限流电流

如果步骤1，已经测试完成，并且无问题，则进入步骤2

<strong>步骤2：检查驱动器和电机本身，保证其无问题</strong>

<strong>1、定子绕组绝缘击穿、短路</strong>

（1）定子绕组受潮。对于长期停用或经较长时间检修的发电机、投入运行前应测量绝缘电阻，不合格者不准投入运行。受潮发电机要进行烘干处理。

（2）绕组本身缺陷或检修工艺不当，造成绕组绝缘击穿或机械损伤。应按规定的绝缘等级选择绝缘材料，嵌装绕组及浸漆干燥等要严格按工艺要求进行。

（3）绕组过热。绝缘过热后会使绝缘性能降低，有时在高温下会很快造成绝缘击穿。应加强日常的巡视检查，防止发电机各部分发生过热而损坏绕组绝缘。

（4）绝缘老化。一般发电机运行15~20年以上，其绕组绝缘老化，电气性能变化，甚至使绝缘击穿。要做好发电机的检修及预防性试验，若发现绝缘不合格，应及时更换有缺陷的绕组绝缘或更换绕组，以延长发电机的使用寿命。

（5）发电机内部进入金属异物，在检修发电机后切勿将金属物件、零件或工具遗落到定子膛中；绑紧转子的绑扎线、紧固端部零件，以不致发生由于离心力作用而松脱。

（6）过大电压击穿：

①线路遭受雷击，而防雷保护不完善。应完善防雷保护设施。

②误操作，如在空载时，将发电机电压升得过高。应严格按操作规程对发电机进行升压，防止误操作。

通常，8极以上大极数电机不会因为电机制造质量问题引起振动。振动常见于2——6极电机，GB10068-2000。

《旋转电机振动限值及测试方法》规定了在刚性基础上不同中心高电机的振动限值、测量方法及刚性基础的判定标准，依据此标准可以判断电机是否符合标准。

<strong>电动机振动的危害</strong>

电动机产生振动，会使绕组绝缘和轴承寿命缩短，影响滑动轴承的正常润滑，振动力促使绝缘缝隙扩大，使外界粉尘和水分入侵其中，造成绝缘电阻降低和泄露电流增大，甚至形成绝缘击穿等事故。

另外，电动机产生振动，又容易使冷却器水管振裂，焊接点振开，同时会造成负载机械的损伤，降低工件精度，会造成所有遭到振动的机械部分的疲劳，会使地脚螺丝松动或断掉。

电动机振动又会造成碳刷和滑环的异常磨损，甚至会出现严重刷火而烧毁集电环绝缘，电动机将产生很大噪音，这种情况一般在直流电机中也时有发生。

<strong>振动原因</strong>

主要有三种情况：

电磁方面原因;机械方面原因;机电混合方面原因。

工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制，即电流环、速度环和位置环。一般情况下，对于交流伺服驱动器，可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现位置控制、速度控制、转矩控制等多种功能。

<strong>1.如何正确选择伺服电机和步进电机？</strong>

答：主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等），转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求，上位控制要求（如对端口界面和通讯方面的要求），主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源，或电池供电，电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。

<strong>2.选择步进电机还是伺服电机系统？</strong>

答：其实，选择什么样的电机应根据具体应用情况而定，各有其特点。

<strong>3.如何配用步进电机驱动器？</strong>

答：根据电机的电流，配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时，可配用细分型驱动器。对于大转矩电机，尽可能用高电压型驱动器，以获得良好的高速性能。