你的位置:首頁 > 測試測量 > 正文

示波器在直流無刷電機(jī)行業(yè)的應(yīng)用案例解析

發(fā)布時間:2016-11-22 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】近年來,無刷電機(jī)在醫(yī)療,工業(yè)控制,消費(fèi)電子和汽車電子等高精度控制行業(yè)廣泛應(yīng)用,無刷電機(jī)性能的好壞很大程度上取決于電機(jī)驅(qū)動器,研發(fā)階段,工程師如何借助示波器快速、便捷、真實的對驅(qū)動器信號進(jìn)行分析?本文主要介紹ZDS4054Plus數(shù)椐挖掘型示波器對電機(jī)驅(qū)動器的典型測試及案例分析。

作為電機(jī)行業(yè)的“新人”, 無刷電機(jī)是實至名歸的后起之秀,以狂浪之勢涌入醫(yī)療,工業(yè)控制,消費(fèi)電子和汽車電子等高精度控制行業(yè),“無刷“是不是未來電機(jī)行業(yè)的發(fā)展趨勢?本文以案例的形式扒一扒無刷電機(jī)那些事!

一、直流無刷電機(jī)介紹

隨著電力電子的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn),無刷直流電機(jī)得到了迅速發(fā)展,無刷直流電機(jī)通過電子器件實現(xiàn)了電機(jī)的換相,取代了傳統(tǒng)的機(jī)械電刷和換相器。其由電動機(jī)主體和驅(qū)動器組成,是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 電動機(jī)的定子繞組多做成三相對稱星形接法,同三相異步電動機(jī)十分相似。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體,為了檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的極性,在電動機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成,其功能是:接受電動機(jī)的啟動、停止、制動信號,以控制電動機(jī)的啟動、停止和制動;接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號,用來控制逆變橋各功率管的通斷,產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩;接受速度指令和速度反饋信號,用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速;提供保護(hù)和顯示等。無刷電機(jī)憑借噪聲低、壽命長、轉(zhuǎn)速高、體積小、動態(tài)性能好、輸出力矩大、設(shè)計簡便等特點,在醫(yī)療、工業(yè)控制、消費(fèi)電子、電動工具、電動車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

示波器在直流無刷電機(jī)行業(yè)的應(yīng)用案例解析

二、無刷電機(jī)的工作原理

首先,看一下無刷電機(jī)驅(qū)動器的框圖,如下:

示波器在直流無刷電機(jī)行業(yè)的應(yīng)用案例解析

有上圖可知,MCU通過配置寄存器輸出六路PWM只是控制信號,其最高電壓也只有5V,不能直接驅(qū)動電機(jī),而是通過控制功率管的開關(guān)來使電機(jī)運(yùn)行,驅(qū)動電路一般是由多個MOSFET組成的驅(qū)動橋和電機(jī)驅(qū)動橋功率管構(gòu)成。無刷電機(jī)的換向是換相是依靠轉(zhuǎn)子位置的檢測進(jìn)行的,其中有感驅(qū)動方式是利用霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置的,無感驅(qū)動方式是通過檢測和計算無刷電機(jī)轉(zhuǎn)動過程中的電流、電壓等參數(shù)變化,推測轉(zhuǎn)子位置,進(jìn)而進(jìn)行換相的。

換向原理
示波器在直流無刷電機(jī)行業(yè)的應(yīng)用案例解析

無刷電機(jī)內(nèi)部安裝有霍爾傳感器,其可以根據(jù)轉(zhuǎn)子不同位置時的不同磁場方向分布情況,而給出1或0的輸出信號,三個傳感器均勻安裝,在360度的電角度上發(fā)生6次翻轉(zhuǎn)電平,每次相差60度電角度,根據(jù)三個傳感器的信號編碼測出轉(zhuǎn)子的位置,這就是常用的有感驅(qū)動方式。另外,無感驅(qū)動方式是通過檢測和計算無刷電機(jī)轉(zhuǎn)動過程中的電流、電壓等參數(shù)變化,推測轉(zhuǎn)子位置,進(jìn)而進(jìn)行換相的。

驅(qū)動電路工作原理
示波器在直流無刷電機(jī)行業(yè)的應(yīng)用案例解析
驅(qū)動電路簡化圖

圖中Q1到Q6為功率場效應(yīng)管,當(dāng)需要AB相導(dǎo)通時,只需要打開Q1, Q4管,而使其他管保持截止。此時,電流的流經(jīng)途徑為:正極→Q1→線圈A→繞組B→Q4→負(fù)極。MCU給Q1的柵極是PWM信號,而給Q4的柵極是常開信號,這樣你就可以通過控制Q1輸入端的PWM信號占空比來控制驅(qū)動電機(jī)的有效電壓。其他五步換向?qū)ㄒ彩沁@樣。實測各相波形如下:

示波器在直流無刷電機(jī)行業(yè)的應(yīng)用案例解析
各相電壓波形實測效果

三、ZDS4054Plus的實測應(yīng)用與分析

針對上述無刷電機(jī)驅(qū)動器的PWM信號分析,ZDS4054Plus示波器又有哪些新的測試體驗?zāi)兀?br />
512Mpts大數(shù)椐存儲

針對案例中無刷電機(jī)的驅(qū)動電壓,工程師在觀察PWM信號時,若信號中出現(xiàn)異常,則難以通過觸發(fā)方式觸發(fā),需要在大時基下,通過縮放模式分析包絡(luò)內(nèi)的信號,(在縮放窗口觀察波形細(xì)節(jié)),PWM信號頻率幾十K以上,需要保證較高的采樣率,同時PWM信號還伴隨有電流、編碼器等載波信號,需要多個通道分別觀察,從波形時間、采樣率、多通道三方面看,都需要大存儲。圖1為無刷電機(jī)PWM驅(qū)動信號,在存儲深度設(shè)為350M時,捕獲7S的波形,采樣率依然高達(dá)50M Sa/s,保證了波形不失真。由公式:存儲深度=波形時間*采樣率可知,ZDS4000系列示波器標(biāo)配512Mpts存儲深度,保證在捕獲長時間波形同時保持高采樣率。

示波器在直流無刷電機(jī)行業(yè)的應(yīng)用案例解析
雙ZOOM模式+智能標(biāo)注

如上圖,在捕獲較長時間的波形后,如何對PWM驅(qū)動信號或異常信號進(jìn)行分析呢?另外,在工業(yè)伺服應(yīng)用方面,在不同的工況下,在切換不同負(fù)載的時候,對應(yīng)不同時間的驅(qū)動器波形變化或出異常信號,整個負(fù)載切換到穩(wěn)定的過程時間較長,也需要在大存儲深度下,觀看波形細(xì)節(jié),針對上述情況,ZDS4000系列示波器在保證大存儲深度的情況下,支持雙ZOOM縮放模式,可以為兩個縮放窗口分別設(shè)置系數(shù),配合智能標(biāo)注功能,對任意處感興趣的信號進(jìn)行標(biāo)注。圖中為對PWM驅(qū)動信號,主時基內(nèi)的波形在兩個ZOOM窗口分別放大,ZOOM1為PWM周期信號,ZOOM2為PWM某一尖峰的振蕩波形,在大存儲深度的保證下,采樣率50M Sa/s,保證了波形細(xì)節(jié)的真實性。同時,配合智能標(biāo)注功能,如在主時基上做一標(biāo)注,在ZOOM1、ZOOM2上能夠快速找到標(biāo)注點,可看到ZOOM1中標(biāo)注點——PWM的第3個尖峰,在ZOOM2中可查看到尖峰的振蕩情況及幅值。

示波器在直流無刷電機(jī)行業(yè)的應(yīng)用案例解析

四、總結(jié)

ZDS4000系列數(shù)椐挖掘型示波器,憑借512M深存儲、雙ZOOM模式、模板觸發(fā)、FIR硬件濾波和智能標(biāo)定等功能,能夠快速、真實定位分析無刷電機(jī)驅(qū)動器的異常波形,為無刷電機(jī)行業(yè)的波形調(diào)試提供完美解決方案!




推薦閱讀:


如何正確判斷無人機(jī)指向故障?讓電子羅盤遠(yuǎn)離磁干擾
基于激光傳感器的無人駕駛汽車動態(tài)障礙物檢測跟蹤
傳感器在無人駕駛汽車道路識別上的應(yīng)用
壓阻式壓力傳感器在汽車上的應(yīng)用實例
準(zhǔn)確理解優(yōu)先級才是管理過沖的一劑良藥




要采購傳感器么,點這里了解一下價格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉