無刷、步進與各式交流電機的驅動邏輯

ID:1100060 · 發表于 2024-3-15 00:39

直流電機永遠只有「單相」，
轉子若多于三葉，繞組就只能接成環形！

較真的話，無刷電機如果用多相模式驅動，稱之為直流電機并不合適，叫它做微功率變頻電機比較名正言順。

ID:1100060 · 發表于 2024-3-15 00:49

換相邏輯，交流是同色翻轉環形分配，直流是上下交替的異色切換！

ID:1100060 · 發表于 2024-3-16 23:49

直流電機為甚么可以用直流，這題問看似傻氣，
但大家有沒有意識到，直流電其實有兩個特點，不變，不跑！
定子，就是固著不動的，永久磁鐵鉚在定子上，磁場會跑不，你在定子繞上線圈通直流電，磁場會跑不？！
但是，電樞會轉，電樞繞組是不斷地被反接反接再反接的，等同于逆變，如果你直接在換向器上掛載，得到的是多相交流電，但在電刷中通過的依然是純直流，你只需抓個電瓶往電機一搭就行了，不用任何電子電路的摻和。

ID:1100060 · 發表于 2024-3-17 02:04

有刷電機是直流電機，但有刷的電機卻不一定都是直流電機。
直流電機為甚么能直接使用直流電，交流電機為何能夠直接使用交流電，都是因為結構性因素。

電樞，就是吃電或發電的「器官」而且是功率部件，倘若當電樞是轉子，就必須通過動觸頭來饋電，不管交直流，
這個動觸頭就是換向器，換向器動了，電刷自然就不用跑，可以老老實實的成為電源母線的一部份；單相交流電跟直流電一樣都是單行道 (如果電機是串激的，你給它交流電它也照轉不誤，但本質仍是直流電機)，
直流電機里頭也是單行道，一干二凈，沒有移相繞組或罩極短路環這些附加配置，就只靠一個機械性的換向套件讓電路的一部份能夠活動自如，對于沒有感應傳輸能力的直流電而言，有刷電機實在是所有電機中最簡單易用的動力器械。

ID:1100060 · 發表于 2024-3-18 00:04

變頻不同于調速，斬波也可調速，
斬波調速斬出來的是脈沖，步進電機的驅動方案是多路循環脈沖，都是直流，
跟變頻技術搭配的機種，其設計是跟交流電適配的，單相電機也是交流電機，但在變頻技術領域中沒它的事，
變頻變的，是電源的頻，變頻電機需要的是像市電那樣的交流電，而你用的電源是直流，那自然就要用到多相逆變器。
直流電機，只需一對導線就能讓它動起來，但把磁場與電樞易位后，就不是一對導線能對付了，這時，原本的換向片就化身為半橋，換向器變成了多相逆變器，但是，電刷只是相當于一根線，
那就意味著，這個逆變器的拓撲，雖然跟變頻電機用的可以完全一樣，但開關邏輯卻截然不同，是單相開通的。

ID:1100060 · 發表于 2024-3-18 00:27

每種電機都有它專屬的驅動邏輯，本標題談論的，就是電機種屬與驅動邏輯的關系。

這圖的發佈，比我成為電子愛好者的時候還早得多，這圖原來有些地方是不對的，現在才總算看出些門道來，我想，此圖的原作者如今也應該覺察到了吧。

ID:1100060 · 發表于 2024-3-18 01:23

LhUpBJT 發表于 2024-3-15 00:49
換相邏輯，交流是同色翻轉環形分配，直流是上下交替的異色切換！

電機的磁鏈，有牽引、正交、推斥三種，
換向器不同于滑環，跟換向器配套的電刷，只能跟磁場的極軸線綁定，
所以，電樞的饋電點永遠位于磁場主軸附近，轉子磁場跟定子磁場必然正交，
開關邏輯不過是邏輯，但對電機控制而言，光有邏輯是不行的，必須把邏輯掛載于指定的位置，才能讓電機正常發揮，電源和逆變器的安全運行亦可得以保證，
如果轉子取電的方式是電氣連接，則反電勢最高之處必然就是饋電點，不管交直流，當逆變器用于電機驅動時，整個開關邏輯流程中的每一步都是根據轉子狀態而執行的。

ID:1100060 · 發表于 2024-3-18 01:41

當你解剖玩具電機，把那三葉轉子抽出來的時候，有沒有想到它是個三角形連接的三相網絡呢？！
相信各位不是不懂，只是不屑一顧，沒把思路連系到那里去而矣。
直流電機，其實豈止是一臺電機，還是個機械式的多相逆變器，反過來，如果你把多相交流電接在換向片上，從電刷出來的就是純直流。

ID:1100060 · 發表于 2024-3-18 23:38

LhUpBJT 發表于 2024-3-18 00:27
每種電機都有它專屬的驅動邏輯，本標題談論的，就是電機種屬與驅動邏輯的關系。

這圖的發佈，比我 ...

1）多相跟直流存在著可逆關系，
2）有刷電機，不單是電機，還是個機械式的整流逆變兩用器。

我之所以引用此圖，就是要引出一些大家都該是懂的卻不會念及的知識點，
電機，是利用電磁效應出力的，除了單極(法拉第盤)電機，磁極在圓周上都是NS交替分佈，轉子須不斷改變它的磁場才能前進，
磁極有多少個，轉子每轉一圈就得換向多少次，換向次數完全取決于電刷數量，兩個電刷就只能做到每轉兩次，你用四極磁鐵，機子轉半周就卡住，
而且，旋轉方向是有定的，但是，如果把它當成無刷電機來玩，卻能正常旋轉，但方向跟兩極機 (不論有刷無刷) 是相反的 (這結果在步進電機中是合理的)，于電刷上掛載，同樣可得到直流電。

如果使用非正規操作，這機子也能動，白金機 (感應線圈) 的斷續器是震動式的，我曾提議把舌簧改為棘輪 (每個棘齒相當于一片舌簧)，這實際上已涉及步進電機的原理，
我的做法，就是把這圖中的兩個電刷移成 90° (換向片和電刷都要縮窄)，讓它成為半個四機電機，這就是「斷續器模式」的玩法，當然，這樣做既不實用，就連拿它來示教也不適宜，
還有，電刷再多，直流電路還是單行道，轉子繞組必須接成環形或花輪狀才得以全數通電，但三葉轉子卻是個例外，Y型接法照樣全數通電，只是不為現實中的玩具電機轉子繞組所用。

ID:1100060 · 發表于 2024-3-18 23:57

大家有沒有注意到，頂樓的兩個動態圖，代表著兩種截然不同的驅動邏輯，但卻存在著一個共同點。
上圖的邏輯，可在繞組中呈現出旋轉的效果，這效果就是，當你靠近，我就躲開，是一種互斥性的追逐，而下圖的邏輯，則是把這種互斥性用在逆變器身上 (真正換相的是本級)，繞組的效果就看不出來了。

ID:1100060 · 發表于 2024-3-19 01:07

繼續探究下去，我還發現，兩種邏輯還可代表兩種「軟開關」方式！

互斥邏輯，是上下管切換，有直通的風險，須設立死區以避免之，而上下管切換翻轉相當于甚么，是過零！
在多相電系中，過零的永遠不會多于一相，多相逆變器的驅動邏輯跟多相交流電源的自然進程脗合，這樣的換相方式，相當于過零觸發，如果是軟開關，就類似于ZVS，

無刷直流電機逆變器的換相邏輯，是上下交替的橫向切換，這樣，同色組別(上下管)必然不會同時動作，無需死區，
如果這逆變器只是一般用途，那沒啥好說的，問題是，這負載含有動生電勢，這動生電勢在繞組中的效果，相當于自感 (別忘了，電源是純直流)，而無刷電機的換相點，正正就在動生電勢峰值掠過之時 (對于正弦交流電就是峰值觸發)，電流最小，你可以把這情況想像成ZCS，這「ZCS」比軟開關更簡單更靠譜，用電機自帶的動生電勢就可實現，無需設置諧振網絡。

ID:1100060 · 發表于 2024-5-7 13:57

有沒有留意到，正規有刷電機的「相」數，是 8、9、12、15，巨型的甚至超過20，三「相」，只在玩具電機中才有。

ID:1100060 · 發表于 2024-5-7 23:57

汽車發動機點火系統的結構，正正就像個內外易位的有刷電機，
動觸頭是電刷，定觸點就是換向片，無刷電機，就是把每片換向片變成開關半橋。

ID:1100060 · 發表于 2024-5-12 01:23

當有刷變成了無刷，就再也沒串激并激之分，
電刷只是表像，吃電才是本質，無論串并激，轉子都要饋電而不能以永磁代替，那就失卻了無刷化的意義。
電鉆，是正規電機，不是玩具，如果閣下有電鉆，可以看它的轉子的換向片有多少片，把它換成無刷電機，需要多少「相」(半橋)，轉子每個繞組是如何連接的。

ID:1100060 · 發表于 2024-5-12 01:27

總覺得，無刷電機只取三相，有「欺場」之嫌，但像我這樣較真的話，設備就太復雜了。

ID:344848 · 發表于 2024-6-3 17:26

關于交流驅動使用的芯片，國內開發的芯片需要使用互補MOS管，國外使用NMOS管，同樣電源管理系統，國內也使用互補MOS管，由于NMOS管和PMOS管的電氣參數存在差異，功耗明顯提供。實際是國內沒有解決懸浮負載驅動問題。看似小問題，實際看出差異。

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無刷、步進 與 各式交流電機 的 驅動邏輯

無刷、步進與各式交流電機的驅動邏輯