FAE-MCHP-motor

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BLDC3BEMFCBEMFBBEMFAVnVnismotorneutralvoltageBEMFAistheBEMFvoltageinPhaseABEMFBistheBEMFvoltageinPhaseBBEMFCistheBEMFvoltageinPhaseCJun2017Jun2017BLDC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ACBLDC：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）BDCBLDC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