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变频破壁机的电机与控制介绍

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发表于 2018-1-6 09:42:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
破壁机,其核心是一台高速旋转的电机,似乎成了新的风口。破壁机的应用特点是一机多用,"冰沙机,豆浆机,研磨机,搅拌机,绞肉机,奶昔机,料理机,冰激淋机,冷饮机,原汁机"等等。
由于破壁机的核心就是电机,这里从电机和控制的角度来说说破壁机。

一、破壁机的电机是什么电机?
就目前产品来看,有2种类型的电机用于破壁机:一是单相串励电机,俗称串激电机,百度有言:“内部有碳刷,会慢慢磨损。工作时有火花,有较强的电磁干扰,转速高。”
二是直流无刷电机和永磁同步电机。此类电机的应用,可以同空调领域宣传得家喻户晓的变频技术相关联,具有节能,静音等好处,而且,无刷,不会产生像有刷那样的磨损,寿命更长,更安全。直流无刷电机,永磁同步电机可分带位置传感器(如霍尔传感器)的电机和不带传感器的电机(俗称无感电机)。

二、破壁机电机的控制方法
单相串激电机,是交直流两用电机,电机接口信号,看到的就2根线。串励电机的常用调速方式有二:
(1)调压调速:通过调节电枢电压来调速。
(2)调磁调速:通过调节励磁电流来改变磁通调速。
单相串激电机控制简单,无需特殊算法。

直流无刷电机,永磁同步电机,符合节能减排大趋势,又具有静音的特点,是发展的主要方向。这类电机通常是三相电机,接口线有三根,UVW,常用的控制方法主要有两种:一种是方波控制方法;另外一种是正弦波矢量控制方法,也称为磁场定向(FOC)的控制方法,就是被空调控制领域广泛宣传的所谓变频控制,加上“变频控制”的字眼,自然就高大上了。方波控制比较简单,控制粗暴,导致电机运转的噪声比FOC控制大。FOC控制算法比较复杂,控制精细,需要相对高性能的MCU, DSP芯片来完成。
三、现在市场上的破壁机用什么电机?
2017年的双十一,买了一台某国产大品牌的破壁机,花了2500大洋,拆开一看,是单相串励电机,据悉,除了一两家商家使用直流无刷电机外,大部分还在用有刷的串励电机,可见直流无刷电机在破壁机这个风口上,将大有作为。



图1:破壁机电机:单相串励电机


图2:破壁机电机:带霍尔传感器的直流无刷电机


四、电机转速
破壁机电机转速在商家的宣传上,成直线上升,已经上升到每分钟3-4万转了。实际情况呢,转速在16000转左右就是真正的破壁机了。根据用户体验,16000转的速度就达到“破壁”的效果了,从电机的铭牌参数来看,这些电机的额定转速也就在15000转/分钟上下。
电机转速越高对电机轴承的要求就越高,以后需要更高的转速,可以考虑用“磁悬浮轴承”,顾名思义,像磁悬浮列车一样,轴承悬浮在空中,没有磨损,又在密闭的空间,速度会更高,更安全可靠。控制磁悬浮轴承,需要非常复杂的算法,这对MCU,DSP的性能要求就更高了。

五、介绍一种变频破壁机的控制方案
变频破壁机方案是选择江苏宏云技术有限公司研制的JMT1808R MCU+DSP芯片为控制芯片。变频破壁机方案,也有无感和有感2种。无感方案因为涉及低速带载启动的难点,特别采用了高频注入算法来实现。在无感方案中,高频注入法通常要用到TI的C28xxx或ST的STM32F4等20元左右的芯片来实现,故此JMT1808R性价比 超高。而且,JMT1808R内部集成有运放和比较器,减少了外部器件。另外,方案中关于高压功率器件IGBT和驱动,有三种选择:
1.        IPM模块,IGBT驱动和IGBT封装在一起
2.        集成的IGBT驱动芯片,IGBT分立
3.        三极管分立驱动,IGBT分立
IPM模块用在设备空间比较小的场景。在集成IGBT驱动芯片和三极管分立驱动的方案对比中,三极管分立驱动成本更具优势。做一个类比:在价格竞争激烈的电动自行车行业,为了体现成本优势,使用分立三极管驱动功率MOS管占主导,预计破壁机市场迟早也会成为激烈竞争领域,故此提供了三极管分立驱动方案。


图3:JMT1808R破壁机方案1,使用IGBT驱动芯片


图4:JMT1808R破壁机方案2,使用三极管驱动IGBT


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发表于 2018-1-6 09:50:53 | 显示全部楼层
这种高速高压的无刷电机很多都两相的,只有两根相线的~~
发表于 2018-1-6 10:10:44 | 显示全部楼层
学习了,那有芯片呀。
 楼主| 发表于 2018-1-6 10:14:56 | 显示全部楼层
Elex 发表于 2018-1-6 09:50
这种高速高压的无刷电机很多都两相的,只有两根相线的~~

是的,图1就是两根线的。三相直流无刷都在开发,foc的声音会小很多。
 楼主| 发表于 2018-1-6 10:16:59 | 显示全部楼层
lizuqing 发表于 2018-1-6 10:10
学习了,那有芯片呀。

在淘宝上搜索,“JMT1808R FOC Demo”, 就可以找到卖芯片的网站。
发表于 2018-1-6 10:18:19 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2018-1-6 10:14
是的,图1就是两根线的。三相直流无刷都在开发,foc的声音会小很多。

那个貌似是有刷的~
我说的两线无刷的
 楼主| 发表于 2018-1-6 10:31:54 | 显示全部楼层
Elex 发表于 2018-1-6 10:18
那个貌似是有刷的~
我说的两线无刷的

好的,了解了,谢谢!我们做也过单相的,8万转的吸尘器方案,声音爆响。
现在大家都转FOC控制,一方面静音些,另外一方面认为单相反峰不好控制。当然百花齐放才好!
发表于 2018-1-6 11:11:37 来自手机 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2018-1-6 10:31
好的,了解了,谢谢!我们做也过单相的,8万转的吸尘器方案,声音爆响。
现在大家都转FOC控制, ...

跟737的发动机比呢
 楼主| 发表于 2018-1-6 11:33:31 | 显示全部楼层
wye11083 发表于 2018-1-6 11:11
跟737的发动机比呢

那还是737更响。
发表于 2018-1-6 12:10:14 | 显示全部楼层
哪些牌子现在使用无刷电机的呢?
 楼主| 发表于 2018-1-6 12:49:23 | 显示全部楼层
wzavr 发表于 2018-1-6 12:10
哪些牌子现在使用无刷电机的呢?

听说有一家已经量产了,用的是TI芯片做FOC控制的,但我们也没有找到是哪个牌子的,要不然双11也不会白花了2500元,本想买个大品牌的产品来做对比测试,结果买到的是单相串激电机的。但我们了解到的信息,这些大厂都在开始或者准备开始搞FOC控制的,要不然,我们也不会知道这块会这么火。
发表于 2018-1-6 14:10:39 来自手机 | 显示全部楼层
这种机器也能用磁悬浮啊?我接触过的做磁悬浮的,一根轴承就十几万。
 楼主| 发表于 2018-1-6 14:25:01 | 显示全部楼层
mtswz.213 发表于 2018-1-6 14:10
这种机器也能用磁悬浮啊?我接触过的做磁悬浮的,一根轴承就十几万。

是的,磁悬浮在航空航天和高端风机上是非常贵的,但是已经有公司在开发料理机的磁悬浮轴承,做“没有轴承润滑油污染的料理机”,磁悬浮控制器的成本会降到百元级别,值得期待。
发表于 2018-1-6 15:26:53 | 显示全部楼层
Elex 发表于 2018-1-6 09:50
这种高速高压的无刷电机很多都两相的,只有两根相线的~~

那是便宜货吧 几百块的

2800的 也没用上FOC 不太可能吧  看下面那个图片 已经是用的 三相驱动 很像永磁同步电机
转速 力矩控制得好很多
发表于 2018-1-6 15:31:04 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2018-1-6 12:49
听说有一家已经量产了,用的是TI芯片做FOC控制的,但我们也没有找到是哪个牌子的,要不然双11也不会白花 ...

肯定FOC好啊   
单相的 很容易烧  保险并不保险
我买了一个几百块的 就是用来打点米粉 直接烧掉了.
如果用无刷 的肯定会过流保护的, 但是低速无力 表现会更重,
FOC 最合适  要保证低速的力矩 高速还要能上得去.  不然启动都困难  
发表于 2018-1-6 15:51:43 | 显示全部楼层
满大街的电机驱动,谁家都能做,
 楼主| 发表于 2018-1-6 16:02:46 | 显示全部楼层
lhj200304 发表于 2018-1-6 15:51
满大街的电机驱动,谁家都能做,

应该还是有点难度的,那家用ti芯片的就搞了一年多时间,特别是无感的,打排骨这样的负载。
 楼主| 发表于 2018-1-6 16:03:44 | 显示全部楼层
wind2100 发表于 2018-1-6 15:31
肯定FOC好啊   
单相的 很容易烧  保险并不保险
我买了一个几百块的 就是用来打点米粉 直接烧掉了.

言之有理
发表于 2018-1-6 18:29:34 | 显示全部楼层
这电机哪里买到?想买一个
发表于 2018-1-6 18:32:47 | 显示全部楼层
磁藕下载板子是自己做的吗、?有资料吗?
发表于 2018-1-6 19:18:32 来自手机 | 显示全部楼层
那个刀头重要不?
发表于 2018-1-6 19:42:39 | 显示全部楼层
好像很厉害的样子,三相无刷FOC驱动高速电机
发表于 2018-1-6 20:07:45 来自手机 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2018-1-6 14:25
是的,磁悬浮在航空航天和高端风机上是非常贵的,但是已经有公司在开发料理机的磁悬浮轴承,做“没有轴承 ...

百园级别的,有没有控制器啊?国内就南航跟清华几个院校在研究,如果民用级别的能搞,那也是很牛逼的啊。
话说我就是弄变频器的,国内几个磁悬浮风机,还有空气悬浮风机有用我们的变频器,都是在40000rpm左右,功率在100kw左右
发表于 2018-1-6 20:43:22 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2018-1-6 10:14
是的,图1就是两根线的。三相直流无刷都在开发,foc的声音会小很多。

这种破壁机用的高速三相无刷电机哪里能买到?
发表于 2018-1-6 23:34:01 来自手机 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2018-1-6 16:02
应该还是有点难度的,那家用ti芯片的就搞了一年多时间,特别是无感的,打排骨这样的负载。  ...

排骨也打糊糊喝?
 楼主| 发表于 2018-1-7 10:48:32 | 显示全部楼层
wind2100 发表于 2018-1-6 15:26
那是便宜货吧 几百块的

2800的 也没用上FOC 不太可能吧  看下面那个图片 已经是用的 三相驱动 很像永磁 ...

图1是著名品牌的,双十一抢的,不然更贵,了解到他们就是没有直流无刷或永磁同步的破壁机方案。不仅如此,看看Jese 的3D变频,你去看看他们用的是什么电机,最贵的100G的?都是交流电机。
下面那张图(图2),那是我们客户的,自然是bldc或永磁同步(实际上我们就不区分,反正上来就搞FOC),是请我们做FOC方案用的。
 楼主| 发表于 2018-1-7 10:51:43 | 显示全部楼层
rom 发表于 2018-1-6 18:29
这电机哪里买到?想买一个

图2的电机是客户给我们的,上面没有产品标号,估计是手版的,我们也想找现成bldc的破壁机产品,买了两个贵的成品,结果都是单相交流的。所以,抱歉,没有您要的答案啊。
 楼主| 发表于 2018-1-7 10:56:30 | 显示全部楼层
duxingkei 发表于 2018-1-6 18:32
磁藕下载板子是自己做的吗、?有资料吗?

下载板是江苏宏云,芯片原厂给我们的。听说他们会做一些出来,连同高压FOC demo板一起,到时候淘宝上会有售。根据他们低压无感 JMT1808R FOC Demo板在淘宝上卖38元一块的情况来预测,高压的板子应该也不会贵的。
 楼主| 发表于 2018-1-7 10:57:12 | 显示全部楼层
yuyanlzh 发表于 2018-1-6 19:18
那个刀头重要不?

应该重要,最好要形成涡流。
 楼主| 发表于 2018-1-7 11:00:17 | 显示全部楼层
mtswz.213 发表于 2018-1-6 20:07
百园级别的,有没有控制器啊?国内就南航跟清华几个院校在研究,如果民用级别的能搞,那也是很牛逼的啊。 ...

你们很牛啊!

他们还在搞,据说控制器也会一起搞。当然DSP可能会用江苏宏云的第二代DSP,性能比M4高出不少。
 楼主| 发表于 2018-1-7 11:01:14 | 显示全部楼层
mubei 发表于 2018-1-6 20:43
这种破壁机用的高速三相无刷电机哪里能买到?

图2的电机是客户给我们的,上面没有产品标号。以后有更多的电机信息,再告知哈。
 楼主| 发表于 2018-1-7 11:04:50 | 显示全部楼层
huangqi412 发表于 2018-1-6 23:34
排骨也打糊糊喝?

这个是用户检测无感在低速(100转以下),带载和负载变化的处理能力。是不是也可以用于补钙啊。
发表于 2018-1-8 10:36:55 | 显示全部楼层
家里正缺一个 榨油  打粉机 料理机 这样的东西   ,  上回就是家里没有米粉卖,自己来打一点,结果就打坏了.

我觉得九阳这样的东西 过载 至少不会坏吧, 结果出呼意料. 打了 几十秒后 罢工了.
 楼主| 发表于 2018-1-8 12:50:51 | 显示全部楼层
wind2100 发表于 2018-1-8 10:36
家里正缺一个 榨油  打粉机 料理机 这样的东西   ,  上回就是家里没有米粉卖,自己来打一点,结果就打坏了.

...

即便是交流电机,除了不节能,声音响,碳刷有时会让人感觉有电糊味外,照理也不应该这么快就坏啊。
发表于 2018-1-8 15:58:52 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2018-1-8 12:50
即便是交流电机,除了不节能,声音响,碳刷有时会让人感觉有电糊味外,照理也不应该这么快就坏啊。{:lol: ...

这种功率多大 300W吗?  那做无刷 就多一个电源  硬件成本500块 壳子150 行了吧 卖1800  可以是BLDC了吧  你说2800还不是FOC的
这说不过去, 800的空调都是变频的了 . FOC就是变频的. 宣传的 和技术的术语不同.
 楼主| 发表于 2018-1-8 16:16:30 | 显示全部楼层
wind2100 发表于 2018-1-8 15:58
这种功率多大 300W吗?  那做无刷 就多一个电源  硬件成本500块 壳子150 行了吧 卖1800  可以是BLDC了吧   ...

请参考图1照片上的参数: 电机是德国Denopower的,额定功率610W,是2500元,双十一的价格。我们其实还买了另外一款3千多的那种,号称美国牌子的,结果也是交流电机的。我们要测试性能,找现有的直流无刷破壁机的成品,把三相电机线接出来测试,到目前为止没有找到。

可见市场不是技术人员想象的那样,直流无刷在破壁机领域才刚刚开始!
发表于 2018-1-8 18:16:39 | 显示全部楼层
对于大多数人来说  就像变频空调 和 普通空调的区别     制冷 都一样, 只是效果会好一些.
为像还是追求 温饱,  突然变成了 小康
所以 普通的便宜  大众化  而且感觉也够用
直接叫我们不要加得太满,打粉的时候.  不知道加满了 就会坏  呵呵了
发表于 2018-1-8 18:36:39 | 显示全部楼层
串励电机自有它的优势在,结构简单、可靠、过载能力强、成本低,市场可以说是巨量在用。
当电机上到一两万转,哪种噪音都不低。
无刷电机可能是个趋势,但目前来说一是成本相差太多,二是目前驱动能做好的不多,基本可能是电机没坏,驱动先坏了。
发表于 2018-1-8 18:44:47 | 显示全部楼层
破壁机。mark
发表于 2018-1-8 20:22:54 来自手机 | 显示全部楼层
速度这么快,担心刀头很快磨损,性能也会大幅下降
发表于 2018-1-8 20:50:21 | 显示全部楼层
yuyanlzh 发表于 2018-1-8 20:22
速度这么快,担心刀头很快磨损,性能也会大幅下降

这种破壁机的刀头都是钝头的,靠高速的击打力来粉碎
发表于 2018-1-8 20:52:33 | 显示全部楼层
wind2100 发表于 2018-1-8 18:16
对于大多数人来说  就像变频空调 和 普通空调的区别     制冷 都一样, 只是效果会好一些.
为像还是追求 温 ...

单纯制冷,定频空调不比变频空调差多少,变频空调主要是温度波动比较小,恒温时候功耗和噪音低,制冷效果没区别
发表于 2018-1-8 23:17:36 | 显示全部楼层
有相关原理图么?去年买了个破壁机,噪声确实大,看能不能改改
发表于 2018-1-9 06:21:35 来自手机 | 显示全部楼层
今年双十一买了一台,宣称53000转。实测空转转速17151

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发表于 2018-1-9 08:50:39 | 显示全部楼层
JMT1808玩过下dome板,
发表于 2018-1-9 10:07:53 | 显示全部楼层
zhwm3064 发表于 2018-1-9 06:21
今年双十一买了一台,宣称53000转。实测空转转速17151

一万七速度不低了
发表于 2018-1-9 10:08:23 | 显示全部楼层
zhwm3064 发表于 2018-1-9 06:21
今年双十一买了一台,宣称53000转。实测空转转速17151

达到宣传的三分之一了
 楼主| 发表于 2018-1-9 18:55:16 | 显示全部楼层
feigoo 发表于 2018-1-8 18:36
串励电机自有它的优势在,结构简单、可靠、过载能力强、成本低,市场可以说是巨量在用。
当电机上到一两万 ...

言之有理。

FOC声音应该会低一些,16000转,电机空转,实测不到60 dB。串励破壁机打豆浆(带载),实测80 dB,声音还是有点响的
FOC带载声音还没有测试,是否会低于80 dB,拭目以待。
发表于 2018-1-25 11:57:30 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2018-1-9 18:55
言之有理。

FOC声音应该会低一些,16000转,电机空转,实测不到60 dB。串励破壁机打豆浆(带载),实测8 ...

带载,那么高的速度,声音会更大。
发表于 2018-2-3 22:43:44 | 显示全部楼层
DEMO板会有源码吗?
发表于 2018-2-4 08:42:13 来自手机 | 显示全部楼层
要快就搞开关磁阻电机
 楼主| 发表于 2018-2-5 08:56:27 | 显示全部楼层
fm007 发表于 2018-2-3 22:43
DEMO板会有源码吗?

低压(24V)demo板在淘宝上卖的,会提供源码。高压目前还没有卖demo板,听说到年后吧。但源代码都是一样的,只是电压等参数改一改。
发表于 2018-5-31 18:17:27 | 显示全部楼层
给我个板子玩一下就好了,高压的一副难搞的样子
发表于 2018-7-12 22:04:31 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2018-2-5 08:56
低压(24V)demo板在淘宝上卖的,会提供源码。高压目前还没有卖demo板,听说到年后吧。但源代码都是一样 ...

现在有卖的了吗,我看看
发表于 2018-7-13 08:47:32 | 显示全部楼层
这个板子楼主自己画的吗?
问题实在太多了...
发表于 2018-7-13 19:41:29 | 显示全部楼层
我卖商用沙冰机搅拌机之类的,电机噪音只是一部分,我们听到的噪音实际上主要来自联轴器和刀具,这就造成了同一型号的机器噪音差距很大,同样都是新机器,有些装配好一些,噪音就小点,有些噪音巨大,当然用的时间长了以后,轴承进水导致生锈,之后的噪音就更大了
发表于 2018-7-13 23:44:06 | 显示全部楼层
这个可以有
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GMT+8, 2018-12-19 08:24

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