无感FOC - 反电动势与电角度

无感FOC就是一种通过相电流推导反电动势,并且用反电动势推算出电角度,推算出的电角度替代传感器测得的电角度,实现更低的硬件成本


一.有感获取电角度
1.旋转编码器

  • 高精度
  • 耗费算力运算处理
  • 高成本
输出格式

2.磁编码器

  • 高精度
  • 耗费算力运算处理
    输出格式:ABZ或IIC或SPI等
    精度计算:360°(电角度)/4096(编码器12位) = 0.0878°

3.霍尔传感器

  • 低精度
  • 低成本


    输出格式

二.无感获取电角度
不靠上述传感器获取,而是通过数学方法从电机的相电流中间接推算得出,这样可以零成本进行电机的闭环。

法拉第电磁感应定律

Vbemf:反电动势(v)
N:线圈匝数
B:磁场变化率T
A:线圈截面积m^2
△t:产生磁场变化所经历时间s

反电动势与电角度关系

Ke:反电动势常数,mV/Hz
θ:转子电角度
ω:电机转速,Hz
φ:相位差,A相0°,B相120°,C相240°


反电势y和电角度x
三相

那么如何得到反电动势?
把A相的电路单独抽出来,等效如下:


等效电路

电角度计算

式1为等效电路公式,式2为反电势是和电角度式子,式3为AB相反电势利用式2相除,式4为计算电角度
Ua:A相电压
Lm:电机电感(H)
Im:相电流
di/dt:相电流求导,电流变化速度
θ:电角度
Rm:电机内阻,相电阻(ohm)
除了相电流Im,其他参数都是已知的,可以算出来式1的反电势。

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