AVR491 无刷直流电机经典资料
无刷无霍尔直流电机 ma
目录1直流无刷无霍尔电机原理 (2)2 总体设计方案 (3)3 硬件设计 (4)3.1 单片机最小系统 (4)3.2 电源模块 (5)3.3 JY01A驱动IC (5)4小结 (7)5 附录 (8)5.1 程序 (8)5.2主程序流程图 (11)5.3 元件清单 (12)5.4 原理图 (13)5.5 PCB图 (14)1.直流无刷无霍尔电机原理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；提供保护和显示等等。
普通直流电动机的电枢在转子上，而定子产生固定不动的磁场。
为了使直流电动机旋转，需要通过换向器和电刷不断改变电枢绕组中电流的方向，使两个磁场的方向始终保持相互垂直，从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转。
无刷直流电动机为了去掉电刷，将电枢放到定子上去，而转子制成永磁体，这样的结构正好和普通直流电动机相反；然而，即使这样改变还不够，因为定子上的电枢通过直流电后，只能产生不变的磁场，电动机依然转不起来。
为了使电动机转起来，必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电，这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化，使定子磁场与转子永磁磁场始终保持左右的空间角，产生转矩推动转子旋转。
2.总体设计方案本系统由单片机最小系统、电源模块和JY01A驱动IC等硬件电路部分以及相应的软件部分构成。
本设计采用单片机作为主控芯片，用编程的方法来模拟无刷电机的控制逻辑，其特点是使用灵活，通过修改程序可适应不同规格的无刷电机，增加系统功能方便，JY01A驱动电路，具备调速，正反转，过流保护，短路保护，欠压保护等功能，工作稳定，防干扰能力强等特点。
直流无刷电机外文资料译文
用PWM_ON_PWM模式抑制无刷直流电机换相引起的脉动转矩中国武汉海军工程大学电机工程学系蒙广伟、雄郝、李怀树编摘要—本文分析了无刷直流电动机采用PWM控制稳定换相的过程，证实了运用PWM模式，在换相时控制非换相相电流幅度稳定不变，并进行补偿以消除低速和高速运转下的换相转矩脉动；研究了运用三相六阶的PWM模式起动无刷直流电机的方法，并提出基于脉宽调制的PWM模式如何抑制转矩脉动，PWM控制不仅可以消除非换相期间由关断电流引起的转矩脉动，还可以补偿换相期间由换相电流引起的转矩脉动。
关键词—直流无刷电机、换相、PWM脉宽调制、转矩波动1.前言由于直流无刷电机结构简单、调速性能良好、功率密度高、噪音低、控制简便等优点，现已得到广泛的运用。
用梯形反电动势法抑制转矩脉动和完善直流无刷电机控制性能已成为一个热点。
直流无刷电机经常运转在各种PWM模式，PWM不仅影响着电力开关的动态损耗，也影响着转矩脉动。
通过直流母线波纹斩波，控制转矩脉动以稳定非换相电流幅值不变是很有效的方式，但这造成了一个更复杂的拓扑结构[式（1）—式（3）]，它只适用于低速场合，通过控制非换相相电流幅值来控制转矩脉动[式（4）]。
[式（5）]中分析了PWM ON模式下转矩脉动的作用，[式（1）—式（3）]中的观点是在不同的速度区间采用不同的抑制方法，但没有起到PWM的作用。
目前，神经网络控制和主动自抗扰控制等的引入，能达到抑制转矩脉动的效果，但控制算法实现起来更复杂也更难[式（9)—式（12）]。
根据直流无刷电机换相问题和PWM 调制方式对系统的影响，提出了一种控制转矩脉动补偿模式—PWM_ON_PWM 模式，寻求在不同的速度下通过不同的PWM 调制比，来保证电机在低速和高速状态下稳定运行。
该方法保留了原有的拓扑结构，显著提高了该系统的控制性能，而且很容易实现。
2.无刷直流电动机的换相过程中的电磁转矩图1 三相无刷直流电动机及其系统图假设直流无刷电机是三相对称Y 联接，忽略涡流和磁滞损耗，其等效电路和主要电路如图1所示，R ，L 分别是电阻和定子绕组电感，C B A e e e ,,分别是相应阶段的绕组反电动势，C B A i i i ,,分别是相应的相电流：0=++C B A i i i (1)每相绕组的反电动势是平顶宽度大于或等于120度的梯形波，其平顶振幅是Em 。
51单片机直流无刷电机控制
基于MCS-51单片机控制直流无刷电动机学号：3100501044班级：电气1002：王辉军摘要直流无刷电机是同步电机的一种，由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。
其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,…）组成。
电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响：N=120．f / P。
在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。
直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。
也就是说直流无刷电机能够在额定负载围当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
MCS-51单片机是美国英特尔公司生产的一系列单片机的总称，是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力的微处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入输出接口电路、定时计算器、串行通信口、脉宽调制电路、A/D转换器等电路集成到一块半导体硅片上，这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。
本论文将介绍基于MCS-51单片机控制直流无刷电动机的设计，它可以实现控制直流无刷电动机的启动、停止、急停、正反转、加减速等功能。
关键词：单片机，直流无刷电动机，控制系统直流无刷电动机是在直流电动机的基础之上发展而来的，它是步进电动机的一种，继承了直流电动机的启动转矩大、调速性能好等特点克服了需要换向器的缺点在交通工具、家用电器及中小功率工业市场占有重要的地位。
直流无刷电动机不仅在电动自行车、电动摩托车、电动汽车上有着广泛的应用，而且在新一代的空调机、洗衣机、电冰箱、吸尘器，空气净化器等家用电器中也有逐步采用的趋势，尤其是随着微电子技术的发展，直流无刷电动机逐渐占有原来异步电动机变频调速的领域，这就使得直流无刷电动机的应用围越来越广。
无刷直流电机
保护 电路
控制电路部分
控制指令
电动机部分
转子位置 传感器
永磁电机 本体
控制电机
单片机控制永磁无刷直流电动机原理图
控制电机
1. 速度控制
通过脉宽调制（PWM）方法改变 电压大小实现速度调节。
2. 正、反转控制
有刷电机：改变励磁磁场的极性或电枢
电压的极性。
Y
无刷电机：原理相同，但因功率管的单 向导电性，不能靠简单地改变电源电压 极性使电机反转，而是通过改变绕组的 C 通电顺序来改变电机转向。
b) 四相半桥主电路
控制电机
2. 逆变器
2) 桥式——全控型
VT1 VD1 VT3 VD3 VT5 VD5
A
US
C
B
VT4 VD4 VT6 VD6 VT2 VD2
c) 星形联结三相桥式主电路
控制电机
2. 逆变器
2) 桥式——全控型
VT1 VD1 VT3 VD3 VT5 VD5
US
A
VT4 VD4 VT6 VD6 VT2 VD2
C
B
d) 三角形联结三相桥式主电路
控制电机
2. 逆变器
2) 桥式——全控型
A US
B
e)正交两相全控型主电路
控制电机
2. 逆变器
2) 桥式——全控型
US
A
D
B
C
f) 封闭形联结四相桥式主电路
控制电机
主电路选择原则
绕组利用率：三相绕组优于四相、五相绕组 转矩脉动：相数越多，转矩脉动越小 电路成本：相数越多，电路成本越高
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无刷直流电机数学模型完整版
电机数学模型以二相导通星形三相六状态为例，分析BLDC 的数学模型及电磁转矩等特性。
为了便于分析，假定：a)三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定子电流、转子磁场分布皆对称；b)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响；c)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布；d)磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗。
则三相绕组的电压平衡方程可表示为：(1)式中：为定子相绕组电压(V)；为定子相绕组电流(A)；为定子相绕组电动势(V)；L为每相绕组的自感(H)；M为每相绕组间的互感(H)；p为微分算子p=d/dt。
三相绕组为星形连接，且没有中线，则有(2)(3)得到最终电压方程：(4)r L-Mia r L-Meb eaecibr L-Mic图.无刷直流电机的等效电路无刷直流电机的电磁转矩方程与普通直流电动机相似，其电磁转矩大小与磁通和电流幅值成正比(5)所以控制逆变器输出方波电流的幅值即可以控制BLDC 电机的转矩。
为产生恒定的电磁转矩，要求定子电流为方波，反电动势为梯形波，且在每半个周期内，方波电流的持续时间为120°电角度，梯形波反电动势的平顶部分也为120°电角度，两者应严格同步。
由于在任何时刻，定子只有两相导通，则：电磁功率可表示为：(6)电磁转矩又可表示为：(7)无刷直流电机的运动方程为：(8)其中为电磁转矩；为负载转矩；B 为阻尼系数；为电机机械转速；J 为电机的转动惯量。
传递函数：无刷直流电机的运行特性和传统直流电机基本相同，其动态结构图可以采用直流电机通用的动态结构图，如图所示：U(s)+I(s)1/R CtT(s)C+365/(GD^2s)N(s) --T(s)LCe图2.无刷直流电机动态结构图由无刷直流电机动态结构图可求得其传递函数为:式中：K为电动势传递系数，，Ce为电动势系数；1K为转矩传递函数，，R为电动机内阻，Ct为转矩系数；2T 为电机时间常数，，G为转子重量，D 为转子直径。
无刷直流电机的驱动及控制教材
无刷直流电机驱动James P. Johnson, Caterpiller公司本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。
无刷直流电动机（BLDC）的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。
通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。
正如本章中要进一步讨论的，输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变，以便保持磁场定向，或优化定子电流与转子磁通的相互作用，类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。
该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。
BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。
可以预见，随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加，BLDC必然会进一步广泛运用。
2011-01-3023.1 BLDC基本原理在众文献中无刷直流电动机有许多定义。
NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是：“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。
不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离，只要满足这一定义均为所指。
”图23.1 无刷直流电机构形2011-01-31若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机，它们包括：1 永磁同步电机（PMSMs）；2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机；3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机；4 内嵌式磁铁无刷直流电机；5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机；6 轴向磁通无刷直流电机。
图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。
永磁同步电机反电势是正弦形的，其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距，或是接近满距的集中式绕组。
许多无刷直流电机的绕组也是这样。
表面安装式磁铁无刷直流电机的反电势波形通常取决于磁铁的磁场取向。
要获得正弦形反电势的一般方法是采用磁铁的并联式磁化方向。
(完整版)无刷直流电机经典换相方式
1、引言你希望在你的新产品中使用无刷伺服电机吗？平时，我们可能也常碰到一些关键词，例如“梯形波式”，“正弦波式”和“矢量控制”。
只有当你了解了他们的真正含义，才能在你的新设计中选择正确的产品。
在过去的十年甚至二十年中，伺服电机市场已经从有刷伺服转变成无刷伺服的市场，这主要是由无刷伺服的低维修率和高稳定性所决定的。
在这十几年中，驱动部分在电路和系统方面的技术已发展的非常完善。
控制方式也已经完全可以实现那些关键词所描述的功能。
大部分的高性能的伺服系统都采用一个内部控制环来控制力矩。
这个内部的力矩环通过和外部的速度环和位置环的配合以达到不同的控制效果。
外部控制环的设计是与匹配的电机没有关系的，而内部的力矩环的设计则与所匹配的电机的性能息息相关。
有刷电机的力矩控制是非常简单的，因为有刷电机自身可完成换相工作。
所输出的力矩是和有刷电机两极输入的直流电压成正比的。
力矩也可通过P-I控制回路轻松地得到控制。
P-I控制回路的主要功能就是通过检测电机实际电流和控制电流之间的偏差，实时地调整电机的输入电压。
图1由于无刷电机自身没有换相功能，所以相对应的控制方式就比较复杂。
无刷电机有三组线圈，有别于有刷电机的两组线圈。
为了获得有效的力矩，无刷电机的三组线圈必须根据转子的实际位置进行相互独立的控制。
这种驱动方式就充分地说明了对无刷电机控制的复杂性。
2、无刷电机基础简单来说，无刷电机主要由旋转的永磁体（转子）和三组均匀分布的线圈（定子）组成，线圈包围着定子被固定在外部。
电流流经线圈产生磁场，三组磁场相互叠加形成一个矢量磁场。
通过分别控制三组线圈上的电流大小，我们可以使定子产生任意方向和大小的磁场。
同时，通过定子和转子磁场之间的相互吸引和排斥，力矩便可自由地得到控制。
图2对于转子旋转的任意角度，定子都存在着一个最优化的磁场方向，能产生最大的力矩；同样，定子也能产生一个无力矩输出的磁场方向。
简单地说，如果定子生成的磁场和转子永磁体的磁场方向一致，电机就不会输出任何力矩。
无刷直流BLDC内部资料
电力电子开关逆变器如下图所示。控制V1-V6或者V4,V6,V2的 导通方式和顺序，可以给电机定子三相绕组提供有一定逻辑关 系的电压，使电机输出大小恒定的转矩。逆变器开关V1-V6为 功率开关器件，多用IGBT或P-MOSFET。每个功率开关管旁 边均反并联一个续流二极管，用于功率开关管关断时，由于电 机的电感性而不能突变的电流的流通。
T6
T2
A B C
A B C
A+B-触发示意图
A+C-触发示意图
导通绕组 导通功率管
A+BT1T6
A+CT1T2
B+CT3T2
B+AT3T4
C+AT5T4
C+BT5T6
霍尔信号与主回路功率管触发信号的 对应关系
触发信号为高电平“1”时功率管导通，为低电平“0”关断 霍尔信号
HA 1 1 HB 0 0 1 1 1 0
绝缘栅双极型晶体管IGBT
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双 极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅 型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导 体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通 压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大， 但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度 快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上 两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适 合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流 电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领 域。
PWM： T1： T4： T3： T6： T5： T2：
0° 60° 120° 180° 240°300° 360°60°
直流无刷微型电机参数
直流无刷微型电机是一种常用的驱动电机，具有减速、提升扭矩功能，主要结构由直流无刷电机，减速齿轮箱集成制造组装而成，也称为直流无刷减速电机；非标直流无刷微型电机通常采用定制参数开发而成，例如定制参数范围，直径规格在3.4mm-38mm之间，额定电压在3V-24V，输出力矩范围：1gf.cm到50Kgf.cm之间，减速比范围：5-1500；输出转速范围：5-2000rpm；直流无刷微型电机参数：产品名称：直流无刷减速电机（齿轮电机）产品分类：无刷减速电机产品规格：Φ20MM产品电压：12V驱动电机：无刷电机齿轮箱类型：行星齿轮箱空载电流：220 mA（可定制）负载转速：2.4-1000 rpm（可定制）减速比：5/25/125/625:1（可定制）微型无刷直流减速电机齿轮箱具有体积小、重量轻、力矩大、低噪音、超长寿命、不易损坏的特点。
兆威生产的微型直流无刷减速电机，采用、通用的直流无刷电机，性能稳定，匹配性，适用于多种领域。
非标定制无刷微型电机齿轮箱产品：产品名称：机器关节无刷舵机产品分类：无刷减速电机产品名称：无刷舵机工作电压：24V额定电流：1.22A额定扭矩：4.2NM空载转速：38RPM额定转速：34RPM小控制角：0.17°关节模式：0~360°操作温度：0~60°C产品说明：机器关节无刷舵机应用于机器人的角度传感器和齿轮传动装置，提高了机器人的关节控制，让机器人关节转动和其它可移动部位的位置更具灵活性。
无刷微型电机标准参数产品：产品名称：6V直流减速电机产品分类：直流减速电机外径：6mm材质：塑料旋转方向：cw&ccw齿轮箱回程差：≤3°轴承：烧结轴承;滚动轴承轴向窜动：≤0.3mm(烧结轴承)；≤0.2mm(滚动轴承)输出轴径向负载：≤0.3N(烧结轴承)；≤4N(滚动轴承)非标直流无刷微型电机定制参数、规格范围：尺寸规格系列：3.4mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、28mm、32mm、38mm；电压范围：3V-24V功率范围：0.1W-40W输出力矩范围：1gf.cm到50Kgf.cm减速比范围：5-1500；输出转速范围：5-2000rpm；产品特点：体积小、噪音低、精度高、减速范围广、扭矩大、寿命长、效率高、兼具功率分流、多齿啮合独用的特性。
最全无刷电机干货（二）
最全无刷电机干货（二）无刷电机中的专业名词额定电压：也就是无刷电机适合的工作电压，其实无刷电机适合的工作电压非常广，额定电压是指定了负载条件而得出的情况。
例如说，2212-850KV电机指定了1045螺旋桨的负载，其额定工作电压就是11V。
如果减小负载，例如带7040螺旋桨，那这个电机完全可以工作在22V电压下。
但是这个工作电压也不是无限上升的，主要受制于电子控制器支持的最高频率。
所以说，额定工作是由工作环境决定的。
KV值：有刷直流电机是根据额定工作电压来标注额定转速的，无刷电机引入了KV值的概念，而让用户可以直观的知道无刷电机在具体的工作电压下的具体转速。
实际转速=KV值*工作电压，这就是KV的实际意义，就是在1V工作电压下每分钟的转速。
无刷直流电机的转速与电压呈正比关系，电机的转速会随着电压上升而线性上升。
例如，2212-850KV电机在10V电压下的转速就是：850*10=8500RPM(RPM，每分钟转速)。
转矩：(力矩、扭矩)电机中转子产生的可以用来带动机械负载的驱动力矩，我们可以理解电机的力量。
转速：电机每分钟的转速，一般用RPM表示。
最大电流：电机能够承受并安全工作的最大电流最大功率：电机能够承受并安全工作的最大功率功率=电压*电流无刷电机功率和效率我们可以简单的理解为电机输出功率=转速*扭矩，在同等的功率下，转矩和转速是一个此消彼长的关系，即同一个电机的转速越高，必定其转矩越低，相反也依然。
不可能要求个电机的转速也更高，转矩也更高，这个规律通用于所有电机。
例如：2212-850KV电机，在11V的情况下可以带动1045桨，如果将电压上升一倍，其转速也提高一倍，如果此时负载仍然是1045桨，那该电机将很快因为电流和温度的急剧上升而烧毁。
每个电机都有自己的力量上限，最大功率就是这个上限，如果工作情况超过了这个最大功率，就会导致电机高温烧毁。
当然，这个最大功率也是指定了工作电压情况下得出的，如果是在更高的工作电压下，合理的最大功率也将提高。