【正文】 組由于無耦合回路同一次繞組相聯(lián)，其感應電壓基本為零。在三相全控電路中，為了換相譯碼器的需要，扇形導磁片的角度為 180 度電角度。 光電式位置傳感器前面已經(jīng)講過，是利用光電效應制成的，由跟隨電動機轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的遮光板和固定不動的光源及光電管等部件組成。 霍爾元件產(chǎn)生的電動勢很低，直接應用很不方便，實際應用時采用霍爾集成電路。一般工程應用中均作如下假定： （ 1）電動機的氣隙磁感應強度沿氣隙按正弦分布。 （ 5）位置傳感器等控制電路的功耗忽略不計。該電流和轉(zhuǎn)子磁場作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也只是正弦轉(zhuǎn)矩曲線上相當于 1/3 周期的一段，且這一段曲線與繞組開始通電時的轉(zhuǎn)子相對位置有關(guān)。 當電機轉(zhuǎn)動起來，控制部會再根據(jù)驅(qū)動器設(shè)定的速度及加 /減速率所組成的命令 (Command)與 hallsensor 信號變化的速度加以比對 (或由軟件運算 )再來決定由下一組 (AH、 BL 或 AH、 CL 或 BH、 CL 或 ……) 開關(guān)導通，以及導通時間長短。 設(shè)計要求 （ 1）完成采用單片機控制直流無刷電動機的設(shè)計與應用，包括實現(xiàn)電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制，鎖軸控制、速度控制，對直流無刷電動機的運行狀態(tài)進行檢測和報警。 24 （ 1）電動機外形 該型號的電動機外形如圖 41 示，其工作特點為： 環(huán)境溫度 ——0℃ ～ +50℃ 環(huán)境濕度 —— 85%RH 絕緣等級 ——B 級 耐振動 /耐沖擊 —— 圖 41 電動機外形圖 （ 2）技術(shù)數(shù)據(jù) 57BLT1015H1LSB100電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)如表 41所示 。 圖 42 外形尺寸圖 電動機驅(qū)動器介紹 本畢業(yè)設(shè)計 所選擇的驅(qū)動器是與上面選擇的直流無刷電動機配套的，具體型號為 BL2203C。 表 42 驅(qū)動器電氣性能 供電電源 單相交流 220（ 1177。10%，額定轉(zhuǎn)速無負載） 速度變動率（對溫度） 177。 圖 44 驅(qū)動器面板示意圖 b： U、 V、 W 端子與電動機相連，務(wù)必將驅(qū)動器的 U、 V、 W 端子分別與電動機的 U、 V、 W 對應相連。 c：驅(qū)動器保護地端子 FG。電動機霍爾連接線原則上不超過 6m，且應使用屏蔽線。 ③信號輸入端子 a： +12VCOM。端子 “ R/S” 內(nèi)部以電阻上拉到+12V，可以配合無源觸點開關(guān)使用，也可以配合集電極開路的 PLC 等控制單元。通過控制端子 “ DIR” 與 “ COM” 的通斷，可以控制電動機的運轉(zhuǎn)方向。 d:快速制動 BRK。 ④輸出端子 a：電動機轉(zhuǎn)速信號輸出（ SPEED）。例如， 4 對電動機，每轉(zhuǎn) 24 個脈沖，當電動機轉(zhuǎn)速為 500r/min 時，端子 SPEED 的輸出頻率為200Hz。 c：短路保護。由于快速制動、電網(wǎng)電壓波動等原因?qū)е碌尿?qū)動器內(nèi)部出現(xiàn)過電壓時，驅(qū)動器進入保護狀態(tài)，驅(qū)動器將自動停止輸出，電動機停止運行， ALARM 輸出低電平信號，驅(qū)動器在顯示器最末位顯示“ E”，只有將驅(qū)動器斷電才能解除報警。測量的范圍限制在 8000r/min 以內(nèi)，超出范圍可能導致速度顯示錯誤。用戶使用其他兩種調(diào)速方式時，必須將電位器設(shè)于最小狀態(tài)。端子內(nèi)部接 200kΩ 到 COM端，因此懸空不接將被解釋為 0 輸入。 表 43 端子信號選擇 CH3 CH2 CH1 轉(zhuǎn)速（ r/min） CH3 CH2 CH1 轉(zhuǎn)速（ r/min） 0 0 0 3500 1 0 0 1500 0 0 1 3000 1 0 1 1000 0 1 0 2500 1 1 0 500 0 1 1 2021 1 1 1 0 30 表中的轉(zhuǎn)速值僅僅提供參考，時機轉(zhuǎn)速受用戶系統(tǒng)影響可能會有偏差，但一般誤差小于 10r/min（由于負載變化導致的速度波動除外），用戶在使用時可與廠家及和利時公司協(xié)商確定各段使用。 ③機箱應考慮通風散熱，避免密閉式環(huán)境而影響散熱，同時也要避免灰塵和雜質(zhì)對驅(qū)動器的影響。 ① AT89S52 由于需要檢查電路連接，所以本例的 AT89S52 芯片采用DIP 的封裝形式， 圖 47 所示為該芯片的 PLCC 封裝形式。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和可 ISP 編程的 Flash 存儲器，使得 AT89S52 為眾多嵌入式應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 圖 47 AT89S52 芯片 PLCC 封裝形式 ② 74HC14 這是一種反相器芯片， 圖 48 所示為引腳圖 。 表 44 SN74LS160 芯片功能 MR PE CET CEP 時鐘上升時的動作 0 1 1 1 1 X 0 1 1 1 X X 1 0 X X X 1 X 0 復位 Pn→ Qn 加法計數(shù)器 鎖存 鎖存 注： X 代表任意輸入 CLOCK 為時鐘輸入端， CLEAR 為同步清除輸入端（低電平有效）， A和 B 為串行數(shù)據(jù)輸入端， QA～ QH 為并行數(shù)據(jù)輸出端。 0 QAo QBo QGn （ 2）整體電路 34 設(shè)計的整體電路如圖 49 所示 ?！皢印卑存I S2 接 ， 0 表示按下，燈 DS0 亮；“反轉(zhuǎn)”按鍵 S3 接 ， 0 表示按下，燈 DS1 亮；“急?！卑存I S4 接 ， 0表示按下，燈 DS2 亮；“加速”按鍵 S5 接 ， 0 表示按下，燈 DS3 亮；“減速”按鍵 S6 接 ， 0 表示按下，燈 DS4 亮；“停止”按鍵 S7 接 ，0 。注意：復位信號由74HC14 的輸出端接 AT89S52 的引腳 9，復位電路可以使單片機的 CPU 和系統(tǒng)的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 QGn 0 QAn 表 45 74LS160 真值表 輸入 輸出 CLEAR CLOCK A B QA QB ③ SN74LS160 這是一個十進制加法計數(shù)器，其 DIP 引腳說明如下：TC 為進位輸出端， CEP 為計數(shù)控制端， Q0～ Q3 為輸出端， CET 為計數(shù)控制端， CP 為時鐘控制端（上升沿有效）， MR 為異步清除輸入端（低電平有效）， PE 為 同步并行置入控制端（低電平有效）。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支 持兩種軟件可選擇節(jié)電模式。使用 Atmel 公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)制 造，與工業(yè)上的 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 31 ④ 圖 46 所示為驅(qū)動器的外形尺寸 。 （ 7）驅(qū)動器接 線圖 該型號的電動機驅(qū)動器的典型接線圖如圖 45 所示，不過需要注意的是： ①因本驅(qū)動器位 220V 高壓輸入，為了確保安全，在上電之前必須保證接地端子 FG 可靠地與大地連接，任何情況下請不要打開機殼，以免意外的損傷。 ③多段速度選擇。將外接電位器的兩個固定端分別接于驅(qū)動器的“ +12V”和“ COM”端上，將調(diào)節(jié)端接于“ AVI”上，即可使用外接電位器調(diào)速。逆時針旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器面板上的電位器，電動機轉(zhuǎn)速減小，順時針旋轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn)速增大。驅(qū)動器實時測量電動機的轉(zhuǎn)速并以 4 位數(shù)碼管顯示，單位為 r/min。發(fā)生故障，請檢查接線是否正確。由于過載或其他惡劣的條件是驅(qū)動器內(nèi)部溫度高于 80℃ 時，驅(qū)動器將自動停止輸出，電動機停止運行， ALARM 輸出低電平信號，驅(qū)動器在最末一位顯示 E，只有將驅(qū)動器斷電才能接觸報警。每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) =6電動機極對數(shù)，SPEED 頻率（ Hz） =每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 轉(zhuǎn)速（ r/min）247。 e:外部模擬量調(diào)速端子 AVI，標準產(chǎn)品中調(diào)節(jié)范圍為 0～ 10V，對應 0～3000r/min。當 “ DIR”與端子 “ COM” 不接通時，電動機順時針方向運轉(zhuǎn)（面對電動機軸），反之則逆時針方向運轉(zhuǎn)。使用 運行 /停止 端控制電動機停 止時，電動機為自然停車，其運動規(guī)律與電動機負載有關(guān)。 b：電動機運行 /停止控制（ R/S）。若霍爾連接線未接，電動機不運行 。注意：接入端子的引線必須使用 U 形插口。連接線原則上不超過 6m，并要與霍爾線分開分布。 示意圖如 圖 44 所示 。2%以下（額定轉(zhuǎn)速） 速度變動率（對電壓） 177。 圖 43 驅(qū)動器外形圖 （ 2）驅(qū)動器的特點 26 ① 交流 220V 電壓； ② 輸入、輸出信號光隔離； ③ 啟停及其轉(zhuǎn)向控制； ④ 過電流、過電壓、過載及堵轉(zhuǎn)保護； ⑤ 測速信號輸出； ⑥ 故障報警輸出； ⑦ 電動機轉(zhuǎn)速顯示； ⑧ 外部模擬量調(diào)速； ⑨ 制動停車功能； ⑩ 多檔速度選擇。表示，默認為 A 版， 100 表示設(shè)計序列號。 ① 57:基座號； ② BL：電機系列，表示直流無刷電動機系列； ③ T：結(jié)構(gòu)類型，代表特殊結(jié)構(gòu)，若無特別說明，則為正弦波結(jié)構(gòu)； ④ 10:電動機功率，以 10W 為單位， 10 表示 1010=100W； ⑤ 15：電動機額定轉(zhuǎn)速，以 100r/m 為單位， 15 表示 15100=1500r/m； ⑥ H：施加在電動機繞組上的電壓等級， H 代表直流 300V； ⑦ 1：代表位置傳感器類型為開關(guān)霍爾傳感器； ⑧ L：電動機出線類型， L 代表引線， 350mm 長度； ⑨ S：軸鍵類型， S 代表光軸； 25 ⑩ B：設(shè)計版本號，以 A、 B、 C、 D （ 3）研究直流無刷電動機的工作特性和工作原理，本畢業(yè)設(shè)計中采用的電動機是由北京和利時電機技術(shù)有限公司自行研發(fā)設(shè)計的永磁直流無刷電動機。 23 第 4 章 單片機控制直流無刷電動機 預備知識 直流無刷電動機繼承了直流電動機啟動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好等特點，克服了直流電動機需要換向器的缺點，在交通工具、家用電器等生活的方方方面面占有重要的地位，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，直流無刷電動機逐漸的占有了原來異步電動機變頻調(diào)速的領(lǐng)域。因為在這種情況下，繞組通電 120 度的時間里，載流導體正好處在比較強的氣隙磁場中。 圖 34 在恒定電流下的單相轉(zhuǎn)矩 它對外負載講，所得的電動機的平均轉(zhuǎn)矩為零。 （ 3）控制電路在開關(guān)狀態(tài)下工作，功率晶體管壓降 為恒值。 磁阻效應是指元件的電阻值隨磁感應強度而變化，根據(jù)磁阻效應制成的傳感器叫磁阻電阻。其基本原理為霍爾效應和 磁阻效應。 接近開關(guān)式位置傳感器主要由諧振電路 及扇形金屬轉(zhuǎn)子兩部分組成，當扇形金屬轉(zhuǎn)子接近震 蕩回路電感 L 時，使該電路的 Q 值下降，導致電路正反饋不足而停振，故輸出為零。就這樣，隨著電動機轉(zhuǎn)子運動，在開口變壓器二次繞組上分別感應出電壓。跟蹤轉(zhuǎn)子是一個用非導磁材料做成的圓柱體，并在它上面鑲一塊 120 度的扇形導磁材料。 電磁式位置傳感器在直流無刷電動機中，用得較多的是開口變壓器。這種旋轉(zhuǎn)磁場在 360 度電角度范圍內(nèi)有三種磁狀態(tài)，每種磁狀態(tài)持續(xù) 120 度電角度 。借助安裝在電動機軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板的作用，使從光源射來的光線一次照射在各個光電器件上，并依照某一光電器件是否被照射到光線來判斷轉(zhuǎn)子磁極的位置。由于電子開關(guān)線路的導通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而起到了機械換向器的換向作用。圖 31 所示為三相兩極直流無刷電機結(jié)構(gòu) 。 直流無刷電動機的基本組成 直流無刷電動機是在直流電動機的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，直流無刷電動機繼承了直流電動機啟動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好的優(yōu)點，克服了直流 電動機需要換向器的缺點，在交通工具、家用電器等生活的方方方面面占有重要的地位。由于傳統(tǒng)的直流電動機均采用電刷以機械方法進行換向，因而存在相對的機械摩擦，由此帶來了噪聲、火化、無線電干擾以及壽命短等弱點，再加上制造成本高及維修困難等缺點，從而大大限制了它的應用范圍，致使目前工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上大多數(shù)均采用三相異步電動機。單片機與其他CPU（如 Z80）比較，功能雖然要強得多，但由于芯片結(jié)構(gòu)、引腳數(shù)目的限制，片內(nèi) ROM、 RAM、 I/O 口等不能很多，在構(gòu)成實際的應用系統(tǒng)是需要加以擴展，以適應各種不同的工作情況。 RETI 中斷指令。 DJNE 把操作數(shù)減 1，結(jié)果送回源操作數(shù)的地址中，若不為 0 則轉(zhuǎn)移。 2）無條件轉(zhuǎn)移 J B 如果直接尋址位為 1，則執(zhí)行轉(zhuǎn)移。 1）有條件轉(zhuǎn)移 J Z 如果累加器 A 為 0 則執(zhí)行一次轉(zhuǎn)移。 JMP 間接轉(zhuǎn)移指令。 RET 轉(zhuǎn)移控制到前一次調(diào)用操作時保存在堆棧中的地址，一般為ACALL 或者是 LCALL 所調(diào)用的子程序結(jié)束語句。 LCALL 長調(diào)用指令。 ORL 對兩個操作數(shù)（字節(jié)）執(zhí)行按位邏輯“或”操作，并把結(jié)果回送到第一個操作數(shù)中。 （ 1）單操作數(shù)邏輯操作 CLR 用于 A 累加器和 C 進位標志或任何直接尋址為清 0。 1