13066624229 发表于 2024-12-11 16:15:02

Arduino实战:无刷电机控制教程|电调|无刷直流电机

在上次的文章中,我们已经介绍了直流有刷电机的驱动。这次我们来聊一聊无刷直流电机的控制。无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor, BLDC)克服了有刷直流电机的先天性缺陷,以电子换向器取代了机械换向器。相对于有刷电机,无刷电机去除了电刷,没有了有刷电机运转时产生的电火花,极大减少了电火花对电子设备的干扰。
直流无刷电机

无刷电机效率高,一般的直流无刷电机的效率能够达到96%以上,而传统的直流电机的效率一般在75%左右;无刷电机寿命长,对于有刷电机,由于碳刷的磨损性,隔一段时间就要更换,维修频繁,而直流无刷电机,一般的使用寿命都在2万小时以上,正常工况条件下,使用5年以上,基本不会损坏,所以直流无刷电机的寿命是传统电机的5倍。没有了电刷,电机的噪音也会低很多。


无刷电机
电调

无刷电机的控制我们需要一个关键的模块——电调。


电调
电调,全称电子调速器,英文Electronic Speed Control,简称ESC。它根据控制信号调节电动机的转速。电调最主要的应用是航模,车模,船模,飞碟,飞盘等等玩具模型上面。这些模型通过电调来驱动电机完成各种指令,模仿其真实工作功能,以达到与真实情况相仿的效果。
我们采用以下规格的外转子 BLDC电机:它的 KV 额定值为1000。KV值定义是:转速/V,意思为输入电压增加1伏特,无刷电机空转转速增加的转速值。例如:100KV为电压每增加1V,转速增加100rpm,100KV的电机在50V电压值时对应的转速为:100(KV值)*50(电压)=5000rpm(转速),KV值越大,电压增加,转速增加的越快。如果我们为这个电机提供 7.4 V的电压,电机可以达到 7400 RPM。


电机
电池

无刷电机非常耗电,最常见的供电方法是使用LiPo电池。LiPo电池全称Lithium-Polymer Battery 锂聚合物电池,外壳为软包。LiPo单节电压为3.7V,称之为1S。 LiPo电池的“S”号表示该电池有多少节电池,4S LiPo就代表4节3.7V电池包,为13.6V。


LiPo电池
我们也可以采用锂离子电池(Li-ion,Lithium Ion Battery),最常见的锂离子电池就是18650电池。其中18表示直径为18mm,65表示长度为65mm,0表示为圆柱形电池。常见的可充18650锂电池,电压都是标3.6或者3.7v,充满电的时候是4.2v,主流的容量从1800mAh到2600mAh,(18650动力电池容量多在2200~2600mAh)。


18650电池


在这里,我们使用 3S LiPo 电池,它有 3 个电池,电压为 11.1V。所以,我们的电机的转速最大可达11100RPM。


电调的控制

我们选取符合电机要求的 30A ESC电调。 ESC 的一侧有三根电线控制电机的三相,另一侧有两根电线,VCC 和 GND,用于外部电源输入。还有另一组三根线从 ESC 出来,那就是信号线、5V GND。 我们可以通过这里的电源线为 Arduino 提供5V 稳压电源。 ESC这功能称为电池消除电路,顾名思义,它消除了微控制器对单独电池的需求。


其实电调的控制和舵机是相同的。Arduino 控制无刷电机就像使用Arduino控制舵机一样, 也使用相同类型的控制信号,也就是标准的 50Hz PWM 信号。




我们在一些应用当中,尤其是遥控飞机中,常常要同时使用舵机和无刷电机,我们就可以使用相同类型的控制器轻松控制它们。我们只需要使用 Arduino 生成 50Hz PWM 信号,并使用不同的占空比进行调速。




Arduino 无刷电机驱动

下面我们将介绍如何使用 Arduino 和 电调ESC控制无刷电机。我们将使用电位计控制电机的速度,下面是电路图。


硬件设备:

[*]无刷电机 × 1
[*]电调 30A × 1
[*]锂电池 × 1
[*]Arduino UNO控制器 × 1
[*]电位计 × 1
[*]连接线 × 1
Arduino代码:
Arduino 代码非常简单,只有几行代码。
/*      Arduino无刷电机控制   */#include <Servo.h>Servo ESC;      // 创建舵机对象来控制电调int potValue;//设置模拟引脚的值void setup() { // 将 ESC 连接到引脚 9ESC.attach(9,1000,2000); //(引脚,最小脉冲宽度,以微秒为单位的最大脉冲宽度)}void loop() {potValue = analogRead(A0);    //读取电位器的值(0到1023之间的值)potValue = map(potValue, 0, 1023, 0, 180);   // 缩放它以与舵机库一起使用(值在 0 到 180 之间)ESC.write(potValue);   // 向ESC发送信号}效果展示:

tangxin 发表于 2024-12-11 16:21:25

好棒!

ofuzlj 发表于 2024-12-11 16:34:42

转发了

tanxiao 发表于 2024-12-11 16:46:14

转发了

pmx1225 发表于 2024-12-11 16:55:11

转发了

andyjo 发表于 2024-12-11 17:03:20

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