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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 + o6 @  x9 l, z' o: R$ A

$ f" ~9 U" ?+ E3 V" C# |4 o   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”。
" B6 U% R$ l2 s0 R  当然两个版本都安装了,对比着用。
3 ^4 W  x8 ~, A9 ?6 D 傲游截图20180905003028.jpg
- V/ S1 G5 J, u& a2 E( r6 h6 @$ U2 @0 A; J

$ g" M; s! z9 L$ s: N& T  本实验需要的其它软件“STM32 ST-LINK Utility”,自然是必须早已安装了。
% g. T5 L5 w2 L: h1 O 傲游截图20180905003546.jpg # ]$ J6 l# m; W$ J1 r. S- }

2 D6 [& P/ u/ q6 `0 G! D: X
/ j' e3 w7 \3 e: q9 s% B5 E
  _4 ^6 v* n1 M- F" v/ @) }6 n! N7 b9 e  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。, d4 q  x  U- p9 \2 I+ O! a
傲游截图20180905003353.jpg
) z! E# T' w! E( P/ l
/ f3 L+ e) E: y  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。
' l/ J8 k' V+ [  ~; L: \ 微信图片_20180905005153.jpg + D+ Y# e  ^+ n: S' d
1 A4 R4 g$ {+ h
  打开“Motor Profiler”软件,“选择板卡”- Z4 T5 p$ K& ]
傲游截图20180904005755.jpg
, \; l3 K1 M9 M% ^: y$ X
6 m" Y9 \8 N% ?4 i5 S' r0 ~, |  L2 [  双击选择对应板卡套件,则本页面自动关闭
. z' S1 a# m% w" c" ~8 V 傲游截图20180904005811.jpg * Z* r  i5 Y2 \' M! ~/ M" I

2 U: a; s2 u( p' p" Y! a  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。
  t: S; L: H- b  (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。)
6 ?' K* Q2 Q( \0 V) B. t: R( P 傲游截图20180904005843.jpg
; h  G: V' ~& a" u3 R" V3 G  B# j" K3 m7 q4 A, ^
  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
  c3 I- R" i! v- ~ 傲游截图20180904005914.jpg 4 O$ b+ A) I- J: F" T1 b

! ^! b0 z$ Y/ ~  固件成功更新# I& M, s) W/ y% V- ]3 E
傲游截图20180904005921.jpg 8 }% U2 b) A$ @" s5 R5 Y4 v0 U5 j  E1 x
. K! A9 Q: s; m& m# |5 d* j, Y9 _# w
  点“Start”,开始电机参数测量实验2 S  v( C3 b, D6 I6 M9 A: f
傲游截图20180904005943.jpg - U8 ^1 v( @8 S$ g8 {& m5 i
' V3 [7 o; Q3 T7 M2 I( W
  在第一次尝试测量参数,没有成功,接着会自动再次尝试' B  q0 V8 R" q& p+ \! V7 r
傲游截图20180904005059.jpg * v: P/ A) O/ \) z0 h: o/ h1 Z, b

. k: S4 y5 V' |% `  第二次尝试测量成功2 x3 _+ A% E; @* O1 @1 d
傲游截图20180904005225.jpg
' I- G# P2 `- d! b: N( R% ?8 R4 j
- l1 t; q  S  i  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' X  v9 E5 ?0 S7 P& V
傲游截图20180904010023.jpg
9 i0 F, P: d- e% a1 u( ]
) s( }" o5 T1 E0 F  这是后来再次测量的结果,对比前一图,有变化8 s& A% O1 a' K, E# T6 _3 v- A7 y
傲游截图20180904233801.jpg " n) v8 j* c$ f! F9 t8 a% U3 A

# f: Z7 K) N& [; \  “Save”保存测量工程(不知道叫什么,姑且就叫测量工程吧)。4 r1 J4 v" L: Z, ~+ G0 O5 \
傲游截图20180904010045.jpg . Z8 B( o- r) X+ b7 B7 R; w8 s
( L# }( v) r0 m, i
  “Play”演示电机转速控制调节,“Start”开始演示
, B' R! }% \6 R( R2 Z 傲游截图20180904010055.jpg
  `- m. `9 `7 [! C  b/ M8 y+ U% A, f# w! Q( @
  拖动三角滑块,调节不同转速,及转动方向
) @2 o' x. G% K" B: S9 |7 B$ J 傲游截图20180904010110.jpg 0 y, ?! y# ~, k6 q6 q

& m& @, {" A$ Y0 T- k  调节转速0 T! H7 l" J2 ^* U8 p" {$ U8 D6 n
傲游截图20180904010123.jpg
+ [0 I3 |' u$ A) L. o7 k/ w% P* L0 t% h/ O  e' ^' Q3 G
  调节方向1 B% k9 B- Z; k
傲游截图20180904010142.jpg
2 ?+ M0 k5 I' s8 M$ V- J
4 a; U! L- Q; Y, K6 j3 ]; ~) z  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。) s1 v/ G) a! L
傲游截图20180904010325.jpg
' y' U( ~) w( n' t' }8 S4 l; V$ q* n# ^4 `; v4 j# x7 q$ Y. N
  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。& I# P0 E4 h8 o7 E7 Y  b8 R9 A) ?" W! R. G
傲游截图20180904010336.jpg 7 R1 I1 T: K" f* L6 h0 b% F
4 s5 v+ B" s7 K

1 P& M: u+ |( @1 h  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。
% O5 N4 T1 I, ?% }6 l- X: x. k
  a7 v, w2 D2 X3 G3 g- {原贴链接附上:http://www.zhihu.com/question/53893449+ x' t$ |$ u% |* z; @, V( U- s

5 H3 D3 Y( t, j1.定转子极对数问题
- P" i9 c+ t* T7 ~
6 K- [2 T- r" g* B: l& ]  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:
# j/ L" l$ g9 j6 I5 |  `8 Y( i" I5 H3 U5 E. D

. S* T  I; D4 E& \) Y) H! `; z AB.jpg : ^+ A( B% P  |' p# [0 o

1 T' T( |( R# m4 D. ~ AC.jpg
& O: T8 B9 K$ z6 X- |( t4 Q4 ?0 k8 l4 o' h
BA.jpg
3 j0 n' ^: i. g; C
& p6 B( m& _9 F2 ~" p BC.jpg
; ]2 e3 D$ q( I8 A! I6 n
7 ~# d/ t; u" d9 t6 D- t CA.jpg - ]; b: U& r% @8 @+ R7 Q1 A

6 _8 ?2 B4 G/ F. g$ i* M CB.jpg
/ a: Y# |- [% f/ b) N* ]# L/ t/ Z/ O  l: f- Y$ b: j
) _) S) o/ a: ^
  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。
# p7 p2 V) D& F2 c! N" z; ~6 h9 i1 [3 ?) c
2.BLDC转速问题  ^3 s  G- e9 u- i3 ]7 z4 n

: r8 y5 ]4 B2 W4 i$ {0 M! t  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。* P6 Y* I6 l4 ^/ r4 S$ |3 E3 E
1 j4 x' B' P# q+ P  ?7 @
  同步转速=频率/极对数 ,这个公式对无刷直流电机(BLDC) 适用吗?+ d+ S/ x' h( ?0 ]: K

' ]0 P8 `" C  m) x8 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。5 u0 n  \/ e. f& z: [" j# r" |0 {
; ~) l2 a* C! j- \7 z
  频率指的就是方波换向的频率吗?( b7 i4 ]5 ?: B3 K* m2 c$ `

: ~! e& U: B7 u/ }& S, _( O" Z  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
3 c/ @- S5 s7 K) v' ?: l
9 B. N& {! l) `& `8 E- i  极对数是指定子的还是转子的呢?2 c" F. T. J% O) U" r( b: @

) M- F/ O  ~5 _/ y3 ]  同步转速=频率/极对数
,这里的极对数按照永磁体极对数算。0 M& m. \  d/ K+ X. r) F2 B6 h; v# J

/ `/ P% D! D  g  A  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。
" [# c: R8 F& L 微信图片_20180905005200.jpg 8 k. t' g$ e) z
. B/ J- V( o' S# h8 F: B
  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。

1 G4 Q5 P+ U) R2 d/ [, U
8 O" E, _% W- t
  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。  Q, b+ p9 z# k; E- ?; h
  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。# q" p  D4 d/ X5 W3 d/ ?7 i& {. m  |
  
6 \0 u$ ^& I) o! V5 w* D  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。
* v/ p, p% T* D+ L1 K7 ^! V) u  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。

6 k! @& ^# s) O1 k5 h$ D

, m- U* t2 Q! o4 {- A
6 b& e% A/ e2 U7 I5 l  F* \" T$ q
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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