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【STM32电机培训】——1、实验电机参数测量及极数对解疑

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七哥 发布时间:2018-9-5 01:31
本帖最后由 toofree 于 2018-9-5 01:34 编辑 ; D4 `8 h, t( a6 D4 o# V$ n

4 o4 f; _* `9 Z3 L! I3 M   下载并安装X-CUBE-MCSDK_v5.0.3或X-CUBE-MCSDK_5.2.0.exe后,安装成功后会有两个应用程序“MotorControl Workbench 5.0.3”和“Motor Profiler 5.0.3”。电机参数测量需要使用“Motor Profiler 5.0.3”。
5 G0 c6 D) A% V: O2 O  当然两个版本都安装了,对比着用。
( S4 X5 m, p; G/ E 傲游截图20180905003028.jpg
8 H5 H  o; a. C  s
; L8 u; w/ O* F( {+ [
( X% e# ]* o6 ]$ d3 `  本实验需要的其它软件“STM32 ST-LINK Utility”,自然是必须早已安装了。4 \' p2 k2 ?2 u2 u+ V
傲游截图20180905003546.jpg
  h/ B) q7 R; p2 P: \+ R4 W3 t
" v0 G; R$ t4 L5 w/ O
# N4 H6 J; G* v" l" {" f( |: m2 [, `3 Y: o
  实验使用的为P-NUCLEO-IHM002套件,包含了NUCLEO-F302R8、X-NUCLEO-IHM07M1、BR204-1700KV-1、12V电源适配器。
# r: _% g* N. e: Q1 ?1 R 傲游截图20180905003353.jpg . e; T" q6 r* w2 _9 V

* h8 y" m/ G, T; G4 [( ]; @  连接电机、电源适配器、通过USB线将Nucleo板载集成ST-Link/V2连接实验用计算机,给12V电源适配器通电,整个系统上电。
( @& o, o4 z2 s( F# I  a( I  C% r, [ 微信图片_20180905005153.jpg ; v# F' J  ^! a& a6 c( W9 G3 u

! `; z( p- }! g0 T9 i  打开“Motor Profiler”软件,“选择板卡”
8 Z7 t  `4 r- ?% { 傲游截图20180904005755.jpg
. ~5 N8 I' F% \3 y7 w  w: f
+ h  f' K7 ?/ k( t3 e$ @  双击选择对应板卡套件,则本页面自动关闭
, M" g' a  q- U% x. D 傲游截图20180904005811.jpg 2 u; a% m9 y* u% R

! e! G1 \: t: j& a8 H' G  在主页面可以看到板卡预览图,右面设置好参数,计算机通过连接板卡。$ A2 V2 C7 v8 L' |8 k% j
  (至于这里的极对数为什么是7这个疑问,我也一直不明白,直到今晚终于找到资料,在后面解释。). o- O9 ^8 o4 I  O  J) l) h
傲游截图20180904005843.jpg $ x+ a. y( ~' S; o2 K4 E

: g7 i! d  L( |; H5 p# z  z  第一次用“Motor Profiler”软件连接,板上没有电机参数测量固件,需要自动更新固件
/ x/ D, z4 R8 l! E5 K! o* T 傲游截图20180904005914.jpg
- a* W4 w+ A2 @, h
( i8 M% a$ S* J; Y# A  固件成功更新
; c) [# w1 X! Y) [1 o8 ~ 傲游截图20180904005921.jpg
- A; D* y* f7 x0 ^" u' F. Q3 K, p  T- P4 T! x
  点“Start”,开始电机参数测量实验
3 E3 u- ?% u( v) r: x. V 傲游截图20180904005943.jpg ; q% h+ v; M5 f# g5 H

' e9 U6 k/ M. f8 r1 N) q8 F  在第一次尝试测量参数,没有成功,接着会自动再次尝试
  y/ r& y0 }$ M8 u6 C" v( D+ Q 傲游截图20180904005059.jpg + M$ `( f+ @, O/ L( Y; w$ v8 t
/ i) N/ X, D, q2 O
  第二次尝试测量成功2 I, t+ i) l" m3 o+ ~  J& I
傲游截图20180904005225.jpg $ n8 A! x7 d  d/ y' }- J- |/ [

4 u: B8 a5 y0 K9 v6 h& n; d) \  测试几次,发现测量结果参数Rs、Ls、Imax、Ke每次都不一样,会有细微变化- P# ^: _& p( u
傲游截图20180904010023.jpg 1 ?6 x$ E9 Q- ]4 O7 S
. p' S" X8 d+ p. ^5 m# ]8 l
  这是后来再次测量的结果,对比前一图,有变化
, w( w2 r( |. v  X0 s1 ` 傲游截图20180904233801.jpg
1 Z: |! h( D7 l& W6 ^; Q& S/ G7 y9 b* h4 y
  “Save”保存测量工程(不知道叫什么,姑且就叫测量工程吧)。
' z% X: C; R; s5 y0 N7 B 傲游截图20180904010045.jpg 3 P& n% V* z0 \* c
5 _* a5 N( I1 C3 h/ _
  “Play”演示电机转速控制调节,“Start”开始演示1 R1 D) k% p8 }4 R7 t
傲游截图20180904010055.jpg
) Y8 r7 a; q* ]# N$ h! Z- g; y2 }- R2 y1 l# F  Z* D+ F
  拖动三角滑块,调节不同转速,及转动方向
+ w5 N7 ^# S. u- C 傲游截图20180904010110.jpg & p6 I, v# r5 @* s0 R1 A
- g. v/ V+ u; G3 F6 Y
  调节转速
# c- ~3 A0 Y! u 傲游截图20180904010123.jpg - Y: |" Y" I) U# i
; [5 U1 X4 R* ]; }  G6 [
  调节方向* M8 f6 F0 w* \9 _  |
傲游截图20180904010142.jpg
! Z/ `# ?; u  H2 S
, G$ Q! n0 J9 w! n5 Y: V  测试最小转速。电机可调节的正反最低转速都在750左右,太低则电机会停止运行。$ c9 g% X" Q! ?8 Q. r
傲游截图20180904010325.jpg : {, f! B9 C! I* l4 h& {
* Y/ g0 j- A/ T% x* B9 s' G
  测量结束,关闭软件。要关闭软件时例行公事的弹出,提示会丢失没有保存的数据,不予理会或保存一次都可以。5 d; t6 |3 C5 j2 H' f2 z" ~
傲游截图20180904010336.jpg
5 ?. }) u0 {5 F! ?8 B9 n& f2 o1 w8 w* W( n/ @. C+ v& I+ s

: ]  {- U! }" ]( r. R8 y  关于极对数为什么是7,这个百撕不得其姐,也不得其妹。终于今晚在“知乎”上查到根据,原理讲的很不错。, Q% [( V) h% K! k: \3 o! o
' I9 Q. P9 E7 A- _8 N/ R9 z
原贴链接附上:http://www.zhihu.com/question/53893449, o$ G4 S5 J  u% k: B9 Z. a

' n: H" h# q, w5 x3 i1.定转子极对数问题: U* i: U/ U' S, S3 N; c; a  ?

, `: C5 F. \9 E. G* e2 g  实际运行中,定子通电产生的磁极数和转子的磁极数可以不相等。航模电机工作时时其实有点类似于永磁式步进电机,两者也是不相等的。至于为什么设计成槽数和永磁体的磁极数不成倍数关系,是为了减小齿槽转矩,减小转矩脉动。齿槽转矩也就是我们用手拨动电机转子的时候,那种一顿一顿的感觉。以12N14P的XXD2212电机为例,采用两两导通的通电方式运行,其六种通电状态如下图所示:7 z6 f0 X% X; W2 w# f% Q

2 s; Z3 F3 A: N( E1 R" q$ G9 [; }5 y( ^! G) `& i4 g  H$ j) g+ z
AB.jpg
; l6 ]1 T6 O" ^+ e2 d0 O! b' I/ U* l6 S. e# d' D- \; z" S
AC.jpg 4 r. E  B4 _1 J

( U" K) u: q! f9 D' z7 V BA.jpg
% p" N. a2 u( C6 J& P  u% p/ G( \1 T
BC.jpg 2 C  g/ ~( }8 e4 g/ |. f
& Y2 N4 s6 k+ T
CA.jpg 7 i! H- D8 H4 t0 f9 K* m* {

) a7 E* W. [( k2 T CB.jpg 0 c8 v/ E0 l8 V3 i
$ H+ [+ {/ a7 W4 A. t
2 U/ N8 E0 q$ a9 c7 z" u% C
  可以看到,每一种通电状态,转子的永磁能够找到与定子磁场对齐的位置。且能够产生持续的同方向的转矩。即使转子磁极数和定子磁极数不等,电机也可以稳定运行。
) S/ T3 G  e6 B0 _9 t' z1 ^! p, Q) S7 i& Y
2.BLDC转速问题8 e: V/ ?! S6 V$ P- M1 M$ V

2 P! X' \% o, }) M/ R$ u' s  我们用的航模电机都是带有ESC的,这两个组合在一起的话,就组成了一个自控式变频系统。你所说的电压越高,电机转速越高,你是站在两者组合的角度来讲的。一般的ESC(非FOC电调),一般采用检测反电动的过零点来进行电机换向,电压越高,电机的转速就会越高,那么ESC的换向频率也会随之提高,也就是同步转速也随着提高。. f$ z* I' ?+ v' `* Y
  y% g' E. @; Y9 z, @
  同步转速=频率/极对数 ,这个公式对无刷直流电机(BLDC) 适用吗?  ^3 t  O4 F, v2 v  y% F1 t
& n, F9 q# b! |% J! A1 l$ R
  整个过程中,同步转速=频率/极对数 这一个式子是始终成立的,电压越高,ESC的换向频率也会越高。
' J1 G$ {8 |' Q) W$ d
( ]+ f! `% M% N3 v' ~: q  频率指的就是方波换向的频率吗?
1 R( S# p2 W# u3 v5 Y5 {
$ {) {  F/ Z5 {0 N" A  同步频率跟方波换向频率差一个系数关系,跟驱动方式有关。普通的两两导通驱动方式,一个周期存在AB-AC-BC-BA-CA-CB六种导通状态,所以 同步频率 = 方波换向频率/6
" c- X- U/ t5 g7 |4 @
; n; T: r/ j2 t: `3 Y0 m& x  极对数是指定子的还是转子的呢?) O3 q$ F2 s9 I" W8 E/ C
1 D. ?) f+ \. B' y& r
  同步转速=频率/极对数
,这里的极对数按照永磁体极对数算。
2 Y6 n2 U% q8 C) T8 T
6 H  c3 o1 u" W( C# h  对照我们的“奔牛”无刷电机BR204-1700KV-1,为了数的清楚一点,卸掉螺丝。" b# Y1 @& \( H1 m  t, H$ R& l
微信图片_20180905005200.jpg
) M% W* ?: z+ h" @: F8 J% D/ [& M% ]' `& \1 p
  可以看到,里面的定子线圈一共有12个磁极,共6对;而外面的转子永磁体有14个磁极,共7对。那么极数对自然也就是7喽。
' w* }2 Y% l8 Q! O/ c  ]

3 y% k. V4 E( B  定子磁极切换的频率,除以7个极数对,就是转子转动的速度,RPM为每分钟转数。, n' w3 a) r7 J) t- n) ~% v6 t( r
  其实这也不难理解。因为定子线圈变化了6次磁极,为一圈,相应转子也需要跟随6次,可是转子的磁极为7,那么就自然就少了一次。也就是说,定子磁极转一圈,转子真实只能转七分之六圈。
9 y9 [# w6 `% Y; w) {$ @  
- Z$ o  Z0 u1 I  本着拿来主义、实用主义的态度,用就是了,有时候有精力再慢慢研究无刷电机。
: o4 t0 N( f% n% G% r- p6 C  i0 H  看似小小的电机,里面大有文章,通过本实验及网上资料,只是了解了一点皮毛。

$ b, [" b" f% g& S
# |1 P3 h5 N. \
! Z! i5 N" `' f! ?
* o) @& h) J: V" [( _- U
1 收藏 4 评论4 发布时间:2018-9-5 01:31

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4个回答
子曰好人 回答时间:2018-9-5 09:23:41
文章很长,介绍了很多基础知识,码字辛苦了,点个赞
zero99 回答时间:2018-9-5 14:44:41
深夜更新,支持下
dbwu8280 回答时间:2018-9-11 14:29:43
学习了,必须赞!
李康1202 回答时间:2020-1-1 11:27:35
新年快乐

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