无刷、步进与各式交流电机的驱动逻辑

ID:1100060 · 发表于 2024-3-15 00:39

直流电机永远只有「单相」，
转子若多于三叶，绕组就只能接成环形！

较真的话，无刷电机如果用多相模式驱动，称之为直流电机并不合适，叫它做微功率变频电机比较名正言顺。

ID:1100060 · 发表于 2024-3-15 00:49

换相逻辑，交流是同色翻转环形分配，直流是上下交替的异色切换！

ID:1100060 · 发表于 2024-3-16 23:49

直流电机为甚么可以用直流，这题问看似傻气，
但大家有没有意识到，直流电其实有两个特点，不变，不跑！
定子，就是固着不动的，永久磁铁铆在定子上，磁场会跑不，你在定子绕上线圈通直流电，磁场会跑不？！
但是，电枢会转，电枢绕组是不断地被反接反接再反接的，等同于逆变，如果你直接在换向器上挂载，得到的是多相交流电，但在电刷中通过的依然是纯直流，你只需抓个电瓶往电机一搭就行了，不用任何电子电路的掺和。

ID:1100060 · 发表于 2024-3-17 02:04

有刷电机是直流电机，但有刷的电机却不一定都是直流电机。
直流电机为甚么能直接使用直流电，交流电机为何能够直接使用交流电，都是因为结构性因素。

电枢，就是吃电或发电的「器官」而且是功率部件，倘若当电枢是转子，就必须通过动触头来馈电，不管交直流，
这个动触头就是换向器，换向器动了，电刷自然就不用跑，可以老老实实的成为电源母线的一部份；单相交流电跟直流电一样都是单行道 (如果电机是串激的，你给它交流电它也照转不误，但本质仍是直流电机)，
直流电机里头也是单行道，一干二净，没有移相绕组或罩极短路环这些附加配置，就只靠一个机械性的换向套件让电路的一部份能够活动自如，对于没有感应传输能力的直流电而言，有刷电机实在是所有电机中最简单易用的动力器械。

ID:1100060 · 发表于 2024-3-18 00:04

变频不同于调速，斩波也可调速，
斩波调速斩出来的是脉冲，步进电机的驱动方案是多路循环脉冲，都是直流，
跟变频技术搭配的机种，其设计是跟交流电适配的，单相电机也是交流电机，但在变频技术领域中没它的事，
变频变的，是电源的频，变频电机需要的是像市电那样的交流电，而你用的电源是直流，那自然就要用到多相逆变器。
直流电机，只需一对导线就能让它动起来，但把磁场与电枢易位后，就不是一对导线能对付了，这时，原本的换向片就化身为半桥，换向器变成了多相逆变器，但是，电刷只是相当于一根线，
那就意味着，这个逆变器的拓扑，虽然跟变频电机用的可以完全一样，但开关逻辑却截然不同，是单相开通的。

ID:1100060 · 发表于 2024-3-18 00:27

每种电机都有它专属的驱动逻辑，本标题谈论的，就是电机种属与驱动逻辑的关系。

这图的发佈，比我成为电子爱好者的时候还早得多，这图原来有些地方是不对的，现在才总算看出些门道来，我想，此图的原作者如今也应该觉察到了吧。

ID:1100060 · 发表于 2024-3-18 01:23

LhUpBJT 发表于 2024-3-15 00:49
换相逻辑，交流是同色翻转环形分配，直流是上下交替的异色切换！

电机的磁链，有牵引、正交、推斥三种，
换向器不同于滑环，跟换向器配套的电刷，只能跟磁场的极轴线绑定，
所以，电枢的馈电点永远位于磁场主轴附近，转子磁场跟定子磁场必然正交，
开关逻辑不过是逻辑，但对电机控制而言，光有逻辑是不行的，必须把逻辑挂载于指定的位置，才能让电机正常发挥，电源和逆变器的安全运行亦可得以保证，
如果转子取电的方式是电气连接，则反电势最高之处必然就是馈电点，不管交直流，当逆变器用于电机驱动时，整个开关逻辑流程中的每一步都是根据转子状态而执行的。

ID:1100060 · 发表于 2024-3-18 01:41

当你解剖玩具电机，把那三叶转子抽出来的时候，有没有想到它是个三角形连接的三相网络呢？！
相信各位不是不懂，只是不屑一顾，没把思路连系到那里去而矣。
直流电机，其实岂止是一台电机，还是个机械式的多相逆变器，反过来，如果你把多相交流电接在换向片上，从电刷出来的就是纯直流。

ID:1100060 · 发表于 2024-3-18 23:38

LhUpBJT 发表于 2024-3-18 00:27
每种电机都有它专属的驱动逻辑，本标题谈论的，就是电机种属与驱动逻辑的关系。

这图的发佈，比我 ...

1）多相跟直流存在着可逆关系，
2）有刷电机，不单是电机，还是个机械式的整流逆变两用器。

我之所以引用此图，就是要引出一些大家都该是懂的却不会念及的知识点，
电机，是利用电磁效应出力的，除了单极(法拉第盘)电机，磁极在圆周上都是NS交替分佈，转子须不断改变它的磁场才能前进，
磁极有多少个，转子每转一圈就得换向多少次，换向次数完全取决于电刷数量，两个电刷就只能做到每转两次，你用四极磁铁，机子转半周就卡住，
而且，旋转方向是有定的，但是，如果把它当成无刷电机来玩，却能正常旋转，但方向跟两极机 (不论有刷无刷) 是相反的 (这结果在步进电机中是合理的)，于电刷上挂载，同样可得到直流电。

如果使用非正规操作，这机子也能动，白金机 (感应线圈) 的断续器是震动式的，我曾提议把舌簧改为棘轮 (每个棘齿相当于一片舌簧)，这实际上已涉及步进电机的原理，
我的做法，就是把这图中的两个电刷移成 90° (换向片和电刷都要缩窄)，让它成为半个四机电机，这就是「断续器模式」的玩法，当然，这样做既不实用，就连拿它来示教也不适宜，
还有，电刷再多，直流电路还是单行道，转子绕组必须接成环形或花轮状才得以全数通电，但三叶转子却是个例外，Y型接法照样全数通电，只是不为现实中的玩具电机转子绕组所用。

ID:1100060 · 发表于 2024-3-18 23:57

大家有没有注意到，顶楼的两个动态图，代表着两种截然不同的驱动逻辑，但却存在着一个共同点。
上图的逻辑，可在绕组中呈现出旋转的效果，这效果就是，当你靠近，我就躲开，是一种互斥性的追逐，而下图的逻辑，则是把这种互斥性用在逆变器身上 (真正换相的是本级)，绕组的效果就看不出来了。

ID:1100060 · 发表于 2024-3-19 01:07

继续探究下去，我还发现，两种逻辑还可代表两种「软开关」方式！

互斥逻辑，是上下管切换，有直通的风险，须设立死区以避免之，而上下管切换翻转相当于甚么，是过零！
在多相电系中，过零的永远不会多于一相，多相逆变器的驱动逻辑跟多相交流电源的自然进程脗合，这样的换相方式，相当于过零触发，如果是软开关，就类似于ZVS，

无刷直流电机逆变器的换相逻辑，是上下交替的横向切换，这样，同色组别(上下管)必然不会同时动作，无需死区，
如果这逆变器只是一般用途，那没啥好说的，问题是，这负载含有动生电势，这动生电势在绕组中的效果，相当于自感 (别忘了，电源是纯直流)，而无刷电机的换相点，正正就在动生电势峰值掠过之时 (对于正弦交流电就是峰值触发)，电流最小，你可以把这情况想像成ZCS，这「ZCS」比软开关更简单更靠谱，用电机自带的动生电势就可实现，无需设置谐振网络。

ID:1100060 · 发表于 2024-5-7 13:57

有没有留意到，正规有刷电机的「相」数，是 8、9、12、15，巨型的甚至超过20，三「相」，只在玩具电机中才有。

ID:1100060 · 发表于 2024-5-7 23:57

汽车发动机点火系统的结构，正正就像个内外易位的有刷电机，
动触头是电刷，定触点就是换向片，无刷电机，就是把每片换向片变成开关半桥。

ID:1100060 · 发表于 2024-5-12 01:23

当有刷变成了无刷，就再也没串激并激之分，
电刷只是表像，吃电才是本质，无论串并激，转子都要馈电而不能以永磁代替，那就失却了无刷化的意义。
电钻，是正规电机，不是玩具，如果阁下有电钻，可以看它的转子的换向片有多少片，把它换成无刷电机，需要多少「相」(半桥)，转子每个绕组是如何连接的。

ID:1100060 · 发表于 2024-5-12 01:27

总觉得，无刷电机只取三相，有「欺场」之嫌，但像我这样较真的话，设备就太复杂了。

ID:344848 · 发表于 2024-6-3 17:26

关于交流驱动使用的芯片，国内开发的芯片需要使用互补MOS管，国外使用NMOS管，同样电源管理系统，国内也使用互补MOS管，由于NMOS管和PMOS管的电气参数存在差异，功耗明显提供。实际是国内没有解决悬浮负载驱动问题。看似小问题，实际看出差异。

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无刷、步进 与 各式交流电机 的 驱动逻辑

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