無(wú)刷電機 MOS管應用方案參數資料-無(wú)刷電機與有刷電機的對比-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-10-08
無(wú)刷直流電機由電動(dòng)機主體和驅動(dòng)器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機是以自控式運行的，所以不會(huì )像變頻調速下重載啟動(dòng)的同步電機那樣在轉子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì )在負載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。中小容量的無(wú)刷直流電動(dòng)機的永磁體，現在多采用高磁能級的稀土釹鐵硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁無(wú)刷電動(dòng)機的體積比同容量三相異步電動(dòng)機縮小了一個(gè)機座號。
接下來(lái)給大家介紹一下無(wú)刷電機應用到的MOS管型號及具體的一些參數
有刷電機是大家最早接觸的一類(lèi)電機，中學(xué)時(shí)物理課堂上介紹電動(dòng)機也是以它為模型來(lái)展示的。有刷電機的主要結構就是定子+轉子+電刷，通過(guò)旋轉磁場(chǎng)獲得轉動(dòng)力矩，從而輸出動(dòng)能。電刷與換向器不斷接觸摩擦，在轉動(dòng)中起到導電和換相作用。
有刷電機采用機械換向，磁極不動(dòng)，線(xiàn)圈旋轉。電機工作時(shí)，線(xiàn)圈和換向器旋轉，磁鋼和碳刷不轉，線(xiàn)圈電流方向的交替變化是隨電機轉動(dòng)的換相器和電刷來(lái)完成的。
在有刷電機中，這個(gè)過(guò)程是將各組線(xiàn)圈的兩個(gè)電源輸入端，依次排成一個(gè)環(huán)，相互之間用絕緣材料分隔，組成一個(gè)象圓柱體的東西，與電機軸連成一體，電源通過(guò)兩個(gè)碳元素做成的小柱子（碳刷），在彈簧壓力的作用下，從兩個(gè)特定的固定位置，壓在上面線(xiàn)圈電源輸入環(huán)狀圓柱上的兩點(diǎn)，給一組線(xiàn)圈通電。
隨著(zhù)電機轉動(dòng)，不同時(shí)刻給不同線(xiàn)圈或同一個(gè)線(xiàn)圈的不同的兩極通電，使得線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的N-S極與最靠近的永磁鐵定子的N-S極有一個(gè)適合的角度差，磁場(chǎng)異性相吸、同性相斥，產(chǎn)生力量，推動(dòng)電機轉動(dòng)。碳電極在線(xiàn)圈接線(xiàn)頭上滑動(dòng)，象刷子在物體表面刷，因此叫碳“刷”。相互滑動(dòng)，會(huì )摩擦碳刷，造成損耗，需要定期更換碳刷；碳刷與線(xiàn)圈接線(xiàn)頭之間通斷交替，會(huì )發(fā)生電火花，產(chǎn)生電磁破，干擾電子設備。
無(wú)刷電機中，換相的工作交由控制器中的控制電路（一般為霍爾傳感器+控制器，更先進(jìn)的技術(shù)是磁編碼器）來(lái)完成。無(wú)刷電機采取電子換向，線(xiàn)圈不動(dòng)，磁極旋轉。無(wú)刷電機，是使用一套電子設備，通過(guò)霍爾元件，感知永磁體磁極的位置，根據這種感知，使用電子線(xiàn)路，適時(shí)切換線(xiàn)圈中電流的方向，保證產(chǎn)生正確方向的磁力，來(lái)驅動(dòng)電機。消除了有刷電機的缺點(diǎn)。
這些電路，就是電機控制器。無(wú)刷電機的控制器，還可以實(shí)現一些有刷電機不能實(shí)現的功能，比如調整電源切換角，制動(dòng)電機，使電機反轉，鎖住電機，利用剎車(chē)信號，停止給電機供電?，F在電瓶車(chē)的電子報警鎖，就充分利用了這些功能。無(wú)刷直流電機由電動(dòng)機主體和驅動(dòng)器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機是以自控式運行的，所以不會(huì )象變頻調速下重載啟動(dòng)的同步電機那樣在轉子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì )在負載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。
實(shí)際上兩種電機的控制都是調壓，只是由于無(wú)刷直流采用了電子換向，所以要有數字控制才可以實(shí)現了，而有刷直流是通過(guò)碳刷換向的，利用可控硅等傳統模擬電路都可以控制，比較簡(jiǎn)單。
1、有刷馬達調速過(guò)程是調整馬達供電電源電壓的高低。調整后的電壓電流通過(guò)整流子及電刷地轉換，改變電極產(chǎn)生的磁場(chǎng)強弱，達到改變轉速的目的。這一過(guò)程被稱(chēng)之為變壓調速。
2、無(wú)刷馬達調速過(guò)程是馬達的供電電源的電壓不變，改變電調的控制信號，通過(guò)微處理器再改變大功率無(wú)刷電機MOS管的開(kāi)關(guān)速率，來(lái)實(shí)現轉速的改變。這一過(guò)程被稱(chēng)之為變頻調速。
ti的一個(gè)介紹視頻關(guān)于有刷電機與無(wú)刷電機的對比，如下圖所示，很完整。
1、有刷電機結構簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)時(shí)間久、技術(shù)成熟
早在十九紀誕生電機的時(shí)候，產(chǎn)生的實(shí)用性電機就是無(wú)刷形式，即交流鼠籠式異步電動(dòng)機，這種電動(dòng)機在交流電產(chǎn)生以后得到了廣泛的應用。但是，異步電動(dòng)機有許多無(wú)法克服的缺陷，以致電機技術(shù)發(fā)展緩慢。尤其是直流無(wú)刷電機一直無(wú)法投入商業(yè)運營(yíng)，伴隨著(zhù)電子技術(shù)的日新月異，直至近幾年才慢慢投入商業(yè)運營(yíng)，就其實(shí)質(zhì)來(lái)說(shuō)依然屬于交流電機范疇。
無(wú)刷電機誕生不久，人們就發(fā)明了直流有刷電機。由于直流有刷電機機構簡(jiǎn)單，生產(chǎn)加工容易，維修方便，容易控制；直流電機還具有響應快速、較大的起動(dòng)轉矩、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能，所以一經(jīng)問(wèn)世就得到了廣泛應用。
2、直流有刷電機響應速度快，起動(dòng)扭矩大
直流有刷電機起動(dòng)響應速度快，起動(dòng)扭矩大，變速平穩，速度從零到最大幾乎感覺(jué)不到振動(dòng)，起動(dòng)時(shí)可帶動(dòng)更大的負荷。無(wú)刷電機起動(dòng)電阻大（感抗），所以功率因素小，起動(dòng)扭矩相對較小，起動(dòng)時(shí)有嗡嗡聲，并伴隨著(zhù)強烈震動(dòng)，起動(dòng)時(shí)帶動(dòng)負荷較小。
3、直流有刷電機運行平穩，起、制動(dòng)效果好
有刷電機是通過(guò)調壓調速，所以起動(dòng)和制動(dòng)平穩，恒速運行時(shí)也平穩。無(wú)刷電機通常是數字變頻控制，先將交流變成直流，直流再變成交流，通過(guò)頻率變化控制轉速，所以無(wú)刷電機在起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)運行不平穩，振動(dòng)大，只有在速度恒定時(shí)才會(huì )平穩。
4、直流有刷電機控制精度高
直流有刷電機通常和減速箱、譯碼器一起使用，使的電機的輸出功率更大，控制精度更高，控制精度可以達到0.01毫米，幾乎可以讓運動(dòng)部件停在任何想要的地方。所有精密機床都是采用直流電機控制精度。無(wú)刷電機由于在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)不平穩，所以運動(dòng)部件每次都會(huì )停到不同的位置上，必須通過(guò)定位銷(xiāo)或限位器才可以停在想要的位置上。
5、直流有刷電機使用成本低，維修方便。 由于直流有刷電機結構簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)廠(chǎng)家多，技術(shù)比較成熟，所以應用也比較廣泛，比如工廠(chǎng)、加工機床、精密儀器等，如果電機故障，只需更換碳刷即可，每個(gè)碳刷只需要幾元，非常便宜。無(wú)刷電機技術(shù)不成熟，價(jià)格較高，應用范圍有限，主要應在恒速設備上，比如變頻空調、冰箱等，無(wú)刷電機損壞只能更換。
6、無(wú)電刷、低干擾
無(wú)刷電機去除了電刷，最直接的變化就是沒(méi)有了有刷電機運轉時(shí)產(chǎn)生的電火花，這樣就極大減少了電火花對遙控無(wú)線(xiàn)電設備的干擾。
7、噪音低，運轉順暢
無(wú)刷電機沒(méi)有了電刷，運轉時(shí)摩擦力大大減小，運行順暢，噪音會(huì )低許多，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對于模型運行穩定性是一個(gè)巨大的支持。
8、壽命長(cháng)，低維護成本
少了電刷，無(wú)刷電機的磨損主要是在軸承上了，從機械角度看，無(wú)刷電機幾乎是一種免維護的電動(dòng)機了，必要的時(shí)候，只需做一些除塵維護即可。
電機驅動(dòng)控制就是控制電機的轉動(dòng)或者停止，以及轉動(dòng)的速度。電機驅動(dòng)控制部分也叫做電子調速器，簡(jiǎn)稱(chēng)電調，英文electronic speed controller（ESC）。電調對應使用的電機不同，分無(wú)刷電調和有刷電調。
有刷電機的永磁體是固定不動(dòng)的，線(xiàn)圈繞在轉子上，通過(guò)一個(gè)電刷跟換相器接觸間斷來(lái)改變磁場(chǎng)方向來(lái)保持轉子持續轉動(dòng)。無(wú)刷電機，顧名思義，這種電機是沒(méi)有所謂的電刷和換相器的，他的轉子是永磁體，而線(xiàn)圈是固定不動(dòng)的，直接接到外部電源，問(wèn)題就來(lái)了，線(xiàn)圈磁場(chǎng)方向怎么改變呢？事實(shí)上，無(wú)刷電機外部還需要一個(gè)電子調速器，這個(gè)調速器說(shuō)白了就是一個(gè)電機驅動(dòng)，它隨時(shí)都在改變著(zhù)固定線(xiàn)圈內部電流的方向，保證它跟永磁體之間的作用力是相互排斥，持續轉動(dòng)得以延續。
刷電機工作可以不需要電調，直接把電供給電機就能夠工作，但是這樣無(wú)法控制電機的轉速。無(wú)刷電機工作必須要有電調，否則是不能轉動(dòng)的。必須通過(guò)無(wú)刷電調將直流電轉化為三相交流電，輸給無(wú)刷電機才能轉動(dòng)。
最早的電調可不是像現在的電調一樣，最早全是有刷電調，說(shuō)道這你可能要問(wèn)了，什么是有刷電調，和現在的無(wú)刷電調有什么區別。事實(shí)上這差別呀可大了去了，有刷電調和無(wú)刷電調都是根據電機來(lái)說(shuō)的，現在電機的轉子，就是能轉動(dòng)的部分全是磁鐵塊，線(xiàn)圈是定子不轉動(dòng)的，因為這中間沒(méi)有碳刷，這就是無(wú)刷電機。而有刷電機呢，顧名思義就是有碳刷，所以就是有刷電機，像我們平常小孩子玩的一二十塊錢(qián)的遙控車(chē)用的電機就是有刷電機。電調就是根據這兩種電機而命名的有刷電調和無(wú)刷電調。從專(zhuān)業(yè)的角度來(lái)講呢就是有刷電調就是輸出時(shí)直流電，無(wú)刷電調輸出是三相交流電。直流電就是我們電池里存儲的電，有正負極之分，我們家用220V的，用于手機充電器或者電腦的電源都是交流電。交流電就是帶有一定的頻率，通俗講就是一根線(xiàn)上正負、正負的來(lái)回交換著(zhù)；直流電就是正極是正極，負極是負極。交流直流弄清楚了，那么什么又是“三相電”呢？理論講三相交流電是電的一種傳輸形式，簡(jiǎn)稱(chēng)三相電，是由3個(gè)頻率相同、振幅相等、相位依次互差120度的交流電勢組成的電源。通俗的講，就是我們家用的三項交流電，除了電壓、頻率、驅動(dòng)角不同，其他都一樣，現在對于三相電和直流電都了解了吧。
無(wú)刷電調，輸入的是直流電，通過(guò)一個(gè)濾波電容穩定電壓。然后分成倆兩路，一路是電調的BEC使用，BEC是給接收機與電調自身單片機供電使用的，輸出至接收機的電源線(xiàn)就是信號線(xiàn)上的紅線(xiàn)和黑線(xiàn)，另一路是介入MOS管使用，在這里，電調上電，單片機開(kāi)始啟動(dòng)，驅動(dòng)MOS管震動(dòng)，使電機發(fā)出滴滴滴的聲音。啟動(dòng)后待命，有些電調帶有油門(mén)校準功能，在進(jìn)入待命前會(huì )監測油門(mén)位置是在高還是低還是中間，高的話(huà)進(jìn)入電調行程校準，中間的話(huà)開(kāi)始發(fā)出報警信號，電機會(huì )滴滴的響，低的話(huà)會(huì )進(jìn)入正常工作狀態(tài)。一切準備就緒后，電調內的單片機會(huì )根據PWM信號線(xiàn)上的信號決定輸出電壓的大小和頻率的高低以及驅動(dòng)方向和進(jìn)角多少來(lái)驅動(dòng)電機的轉速，轉向。這就是無(wú)刷電調原理。在驅動(dòng)電機運轉的時(shí)候，電調內共有3組MOS管工作，每組2個(gè)極，一個(gè)控制正極輸出，一個(gè)控制負極輸出，當正極輸出時(shí)，負極不輸出，負極輸出時(shí)，正極不輸出，這樣子也就形成了交流電，同樣，三組都是這樣工作的，它們的頻率是8000HZ。講到這，無(wú)刷電調也相當于一個(gè)工廠(chǎng)里電機上使用的變頻器或者調速器。
電調的輸入是直流，通常由鋰電池來(lái)供電。輸出是三相交流，可以直接驅動(dòng)電機。另外航模無(wú)刷電子調速器還有三根信號輸入線(xiàn)，輸入PWM信號，用于控制電機的轉速。對于航模，尤其是四軸飛行器，由于其特殊性，需要專(zhuān)門(mén)的航模電調。
那么為什么在四軸飛行器上需要專(zhuān)門(mén)的電調呢，其有什么特別的地方？四軸飛行器有四個(gè)槳，兩兩相對呈十字交叉結構。在槳的轉向上分正轉和反轉，這樣可抵消單個(gè)槳葉旋轉引起的自旋問(wèn)題。每個(gè)槳的直徑很小，四個(gè)槳轉動(dòng)時(shí)的離心力是分散的。不像直機的槳，只有一個(gè)能產(chǎn)生集中的離心力形成陀螺性質(zhì)的慣性離心力，保持機身不容易很快的側翻掉。所以通常用到的舵機控制信號更新頻率很低。
四軸為了能夠快速反應，以應對姿態(tài)變化引起的飄移，需要高反應速度的電調，常規PPM電調的更新速度只有50Hz左右，滿(mǎn)足不了這種控制所需要的速度，且PPM電調MCU內置PID穩速控制，能對常規航模提供順滑的轉速變化特性，用在四軸上就不合適了，四軸需要的是快速反應的電機轉速變化。用高速專(zhuān)用電調，IIC總線(xiàn)接口傳送控制信號，可達到每秒幾百上千次的電機轉速變化，在四軸飛行時(shí)，姿態(tài)時(shí)刻能夠保持穩定。即使受到外力突然沖擊，依舊安然無(wú)恙。
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