Arduino实战:无刷电机控制教程|电调|无刷直流电机

liuian 2024-12-08 16:25 58 浏览

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。

电调

无刷电机的控制我们需要一个关键的模块——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。

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）。

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 9
  ESC.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：

arduino pwm输出