【正文】 a) 無刷直流電機三相半控電路。(b) 無刷直流電機三相Y型連接全控電路。(c) 無刷直流電機三相△型連接全控電路。 (4) 采用專用集成電路實現(xiàn)三相無刷直流電機的換相、正反轉(zhuǎn)和PWM轉(zhuǎn)速控制。 (5) 采用Protel 99SE繪出幾種運行控制方式和檢測方法的電氣原理圖。 (6) 繪出專用集成電路控制方式的PCB圖和三維仿真圖。(7) 三相無刷直流電機幾種運行控制方式和檢測方法的討論。 本章總結(jié) 本章介紹了無刷直流電機的發(fā)展、結(jié)構(gòu)、工作原理、應(yīng)用及發(fā)展趨勢，最后明確了本課題的設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容。2 無刷直流電機控制系統(tǒng)的設(shè)計方案 無刷直流電機控制系統(tǒng)的設(shè)計 專用芯片控制的無刷直流電機控制系統(tǒng)主要由硬件部分組成。硬件部分由電源路、驅(qū)動電路、微處理器控制電路與保護電路等組成。，現(xiàn)對無刷直流電動機各部分的基本結(jié)構(gòu)說明如下。 有位置傳感器的無刷直流電機硬件系統(tǒng)框圖(1) 電源路電源路主要由直流電源組成。(2) 驅(qū)動電路當(dāng)前，無刷直流電動機的驅(qū)動橋一般運用6個IGBT或MOSFET等器件構(gòu)成全控橋，或者用3個IGBT或MOSFET等器件構(gòu)成半控橋，為了提高驅(qū)動橋的可靠性可以使用集成的功率模塊和智能功率模塊。IR2110芯片主要有三個功能：邏輯輸入。電平平移及輸出保護。IR2110的特點，可以為裝置的設(shè)計帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的設(shè)計，可以大大減少驅(qū)動電源的數(shù)目，即一組電源即可實現(xiàn)對上下端的控制。為了避免隔上臂短路，在電路中加入離二極管和自舉電容。(3) 位置檢測器位置檢測器是檢測轉(zhuǎn)子磁極相對與定子繞組的位置信號，為驅(qū)動橋提供換相信號。位置檢測包括有位置傳感器和無位置傳感器檢測兩種方式。轉(zhuǎn)子位置傳感器由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，轉(zhuǎn)子與電機本體同軸，跟蹤電機本體轉(zhuǎn)子磁極的位置；定子固定在電機本體定子或端蓋上，檢測和輸出轉(zhuǎn)子位置信號?；魻栐垂δ芊挚煞謥砭€性霍爾元件和開關(guān)霍爾元件。前者輸出模擬量，后來輸出數(shù)字量。線性霍爾元件的精度高、線性度好，溫度范圍寬；開關(guān)霍爾元件無觸點、無磨損、輸出小形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高、溫度范圍寬。(4) MC33035專用芯片MC33035專用芯片是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能：（a）可控制電機正反轉(zhuǎn)；（b）實現(xiàn)電機剎車制動；（c）啟停功能；（d）可選擇三相無刷直流電機傳感器相位差60176?；?20176。； （e）欠壓封鎖保護，IC過熱保護和故障輸出。(5)保護電路 由于在電機啟動時，轉(zhuǎn)速比較低，反電動勢很小，啟動電流大，對電機損害較大，必須要設(shè)計保護電路，避免設(shè)備短路、過載與防治電纜線路短路。 無刷直流電動機控制系統(tǒng)設(shè)計方案比較無刷直流電動機調(diào)整和起動性能好以及結(jié)構(gòu)簡單無需定期修護的特點，因此在可靠性高的電機調(diào)速中得到了廣泛認可。在電機轉(zhuǎn)速控制方面，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)已取代模擬調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)前，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)主要運用兩種控制方案:一種是以單片機為控制核心構(gòu)成的硬件系統(tǒng)。這種方案可以編程控制，應(yīng)用廣范，且方便靈活。另一種采用專用集成電路。這種方案可以降低成本，提高可靠性，但在靈活方面不是很理想。電機控制器是無刷直流電機實現(xiàn)各種伺服功能的指揮核心，它主要功能有以下幾種:對輸入信號進行處理，給驅(qū)動電路提供相應(yīng)的控制信號，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)、PWM調(diào)速、欠壓保護和過載保護等。控制器專用芯片是電動車的驅(qū)動系統(tǒng)，它是電動車的核心。其主要的作用是保證電動車正常工作，提高電機和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護電機及蓄電池和減少電動車在受到的損傷。目前，市場上常用的電動車無刷直流電機控制系統(tǒng)主要采用專用集成電路為主控系統(tǒng)，如MOTOLORA公司研制的專用集成電路MC33035，該類控制器稱為模擬式控制器，其工作原理是用電子裝置代替電刷控制電機線圈電流換相，根據(jù)電機內(nèi)的位置傳感器信號，決定換相的順序和時間，從而決定電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。該控制系統(tǒng)的缺點是智能性不高，保護措施一般，系統(tǒng)升級空間不大。本設(shè)計將采用MC33035作為主控芯片。MC33035為直流無刷電機驅(qū)動專用芯片，具有使用方便、價格便宜、抗干擾性強等特點，同時也具有不夠靈活、功能實現(xiàn)困難等問題，在應(yīng)用上有一定的限制性．需要通過增加附加電路，可改善控制功能和擴展應(yīng)用。無刷直流電機控制方法主要是有位置和無位置控制兩種控制方式。有位置的控制方式中，由于霍爾傳感器價格便宜，安裝方便，作為主要的無刷直流電機的位置傳感器。目前，國內(nèi)外對無刷直流電機無位置的控制方法主要有反電勢法、定子三次諧波法等。但是由于無位置控制方法在低速轉(zhuǎn)動時不可以實現(xiàn)精確的速度調(diào)控，所以現(xiàn)階段在電動車領(lǐng)域只是處于實驗階段，不能推廣到實用中。繞組不同的組合會產(chǎn)生不同的性能和成本。以下三個指標(biāo)有利于我們做出選擇：（1）繞組利用率。不同于普通直流電動機，無刷直流電動機的各相繞組是間斷通電的。增加通電的導(dǎo)體數(shù)，電阻下降，效率提高可以提高繞組利用率。三相繞組優(yōu)于四相和五相繞組。 （2）轉(zhuǎn)矩脈動。無刷直流電動機的輸出轉(zhuǎn)矩脈動大于普通直流電動機。相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩的脈動越小。橋式主電路比非橋式主電路的轉(zhuǎn)矩脈動小。（3）電路成本。相數(shù)越多，驅(qū)動橋使用的開關(guān)管越多，成本就高。橋式全控主電路所用的開關(guān)管比橋式半控多一倍，成本高；多相電動機的驅(qū)動橋復(fù)雜，成本高。所以，三角形，星形連接三相橋式主電路。 本章總結(jié)本章介紹了本方案主要采用MC33035專用芯片，霍爾元件，IR2110驅(qū)動芯片，場效應(yīng)管（MOSFET），三相繞組的△型和Y型接法，相應(yīng)的保護電路等來實現(xiàn)本設(shè)計的任務(wù)要求。3 無刷直流電動機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 專用芯片的介紹MC33035是MOTOROLA公司的第2代無刷直流電機控制專用芯片，內(nèi)含轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼電路，溫度補償?shù)膬?nèi)部電壓基準(zhǔn)源，誤差放大器，頻率可調(diào)的鋸齒波振蕩器，PWM比較器，芯片欠壓，輸出驅(qū)動電路，過熱保護電路及限流電路。典型功能包括PWM調(diào)速，起動，停止控制，正反轉(zhuǎn)控制和能耗制動控制，廣泛應(yīng)用于兩相、三相及多相無刷直流電機驅(qū)動控制。MC33035的工作電源電壓范圍很寬，在10V30V之間。MC33035內(nèi)部的轉(zhuǎn)子位置譯碼器主要用于監(jiān)控三個傳感器輸入,以便系統(tǒng)能夠正確提供高端和低端驅(qū)動輸入的正確時序。傳感器輸入可直接與集電極開路型霍爾效應(yīng)開關(guān)相連接。用MC33035系列產(chǎn)品控制的三相電機可在最常見的四種傳感器相位下工作。MC33035提供的60176。/120176。選擇可使MC33035很方便地控制擁有有60176。、120176。、240176?；?00176。的傳感器相位電機。這三個傳感器輸入有八種編碼組合,當(dāng)中的六種是有效的編碼組合,還有兩種編碼組合無效，通過有效輸入編碼可使譯碼器在使用60度電氣相位的窗口中識別出電機轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置。MC33035無刷直流電機控制器的正向/反向輸出可通過改變定子繞組上的電流方向來改變電機轉(zhuǎn)向。當(dāng)輸入狀態(tài)改變時,相應(yīng)的傳感器輸入編碼會由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?從而改變整流時序,來使電機旋轉(zhuǎn)方向改變。電機轉(zhuǎn)動/停止可由輸出使能來控制,當(dāng)該管腳開路時,連接到正電源的內(nèi)置上拉電阻將會啟動頂部和底部驅(qū)動輸出時序。而當(dāng)該腳接地時,頂端驅(qū)動輸出將關(guān)閉,并將底部驅(qū)動強制為低,從而使電動機停止。MC33035中的振蕩器、脈沖寬度調(diào)制、誤差放大器、電流限制電路、欠壓鎖定電路、片內(nèi)電壓參考、驅(qū)動輸出電路和熱關(guān)斷電路的工作原理和操作方法與其它同類芯片基本相似。 MC33035的組成，腳管