【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 子的磁場(chǎng)相互作用，就 會(huì) 得到 電功率， 從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的這一過(guò)程。 直流 無(wú)刷 電機(jī)的轉(zhuǎn)子對(duì)電機(jī)來(lái)講有比較重要的地位，它 是 產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)的 主要 器件 之一 。 直流 無(wú)刷 電機(jī)要 能夠 轉(zhuǎn) 動(dòng) 起來(lái) ，除了電機(jī)本體 以 外，還需要 電 子換相電路與轉(zhuǎn)子位置傳感器 的共同配合。 這當(dāng)中 ， 使用轉(zhuǎn)子位置傳感器的目的 是 來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置，并將 這個(gè) 位置信號(hào) 及時(shí) 傳給電機(jī)控制器，讓它 能夠 正確 地 驅(qū)動(dòng)電子 換相電路 。 電子換相電路 （如圖 22 所示） 由六只晶 體管組成， 它在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中有著至關(guān)重要的作用。 直流 無(wú)刷 電 機(jī)工作原理 直流 無(wú)刷 電機(jī) 是 由電 機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器 兩部分 組成。 由于沒(méi)有 電刷， 所以要將 轉(zhuǎn)子制 作 成永磁體 ,而將 線圈繞組 放在 定子上去， 這樣 修改后的結(jié)構(gòu)正好與 一般 直流電動(dòng)機(jī) 恰恰 相反； 然而， 如果只給 直流 無(wú)刷 電機(jī)通入固定的直流電流，那么 直流 無(wú)刷 電機(jī)只可以 產(chǎn)生不變的磁場(chǎng)， 直流 無(wú)刷 電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)， 為了 能夠 使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng) 起來(lái) ，只有實(shí)時(shí)檢測(cè) 直流 無(wú)刷 電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給 直流 無(wú)刷 電機(jī)的不同相通以對(duì)應(yīng)的電流，使定子 能夠 產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 電機(jī) 6步通電 順序如圖所示 ， 每步三個(gè)繞組中一個(gè)繞組流入電流，一個(gè)繞組流出電流，一個(gè)繞組不導(dǎo)通 。 通電順序如下： +B +B +A +A 5. B+C +C 磁場(chǎng)開(kāi)始 旋轉(zhuǎn)，吸引轉(zhuǎn)子磁極 跟著旋轉(zhuǎn)。 磁場(chǎng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 的時(shí)候 ，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 的順序 ： 1→ 2→ 3→ 4→ 5→ 6。磁場(chǎng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 的時(shí)候 ，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 的順序 ： 6→ 5→ 4→ 3→ 2→ 1。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 圖 23電機(jī) 6步通電順序 [7] 通過(guò) 六 只晶體管組成的換相電路 ，來(lái)給電機(jī)供電。 它的 換相過(guò)程 如圖 24所示： 圖 24換相過(guò)程 [7] 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 霍爾傳感器輸出的二進(jìn)制編碼控制 6個(gè)功 率管的導(dǎo)通，它 由邏輯電路或 軟件編程實(shí)現(xiàn) 。 此外，我們可以 通過(guò) 改變定子繞組電壓的大小 來(lái) 改變電機(jī)速度 。 最終實(shí)現(xiàn)了BLDC 電機(jī)的調(diào)速控制。 了解清楚電機(jī)的工作原理，為下文的硬件設(shè)計(jì)和軟件編譯打下了基礎(chǔ) ，為我們的設(shè)計(jì)提供了很大幫助 。 無(wú)刷 電 機(jī)電機(jī)特性 機(jī)械特性 在機(jī)械特性的表達(dá)式上， BLDC 電 機(jī)的機(jī)械特性和 一般直流電 機(jī) 相比 ,并沒(méi)有 什么差別 。 這 說(shuō)明 它們的 都 具有比較好的 機(jī)械特性 。 機(jī)械特性曲線簇 ， 如圖 2－ 4 所示 : 圖 24機(jī)械特性曲線簇 直 流無(wú)刷電機(jī)在轉(zhuǎn)矩較低時(shí)機(jī)械特性最好，在轉(zhuǎn)矩較大、轉(zhuǎn)速較小的情況下 機(jī)械特性有所變化 。 曲線向下彎曲 的原因是 ,在 轉(zhuǎn)矩 很 大 、轉(zhuǎn)速 較 小的情況下 。 電流 會(huì) 變得 很大， 造成 管壓 降 變化 加快，使 電壓 減小。 機(jī)械特性曲線 就會(huì)偏離 原來(lái)的 直線。 調(diào)節(jié) 特 性 BLDC 電機(jī)的調(diào)節(jié)特性如圖 2－ 5所示 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 圖 25調(diào)節(jié)特性 從圖 25 上能夠看出 ， BLDC 電機(jī)具有較 好的調(diào)節(jié)特 性。 較 好的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性為 BLDC 電機(jī)良好的調(diào)速性能打下了基礎(chǔ) 。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 第三章 硬件設(shè)計(jì) Proteus 軟件介紹 本 文 設(shè)計(jì)所用到是 Proteus 軟件 。 它 是 大家常用的 EDA 工具軟件 。這個(gè)軟件 功能比較強(qiáng) 大， 可 以說(shuō) 它是 到 當(dāng)前 最好的單片機(jī) 仿真軟件。 所以我采用其來(lái)繪制直流無(wú)刷電機(jī)的電路原理圖。雖然國(guó)外已經(jīng)有較長(zhǎng)的使用歷史，但國(guó)內(nèi)使用還比較少，我相信不久的將來(lái) Proteus 會(huì)受到大家的喜愛(ài)。 Proteus 軟件特點(diǎn) Proteus 的使用已經(jīng)有較長(zhǎng)的時(shí)間了 ， 擁 有非常多 的 使用者。 是大家比較常用的硬件仿真軟件。 Proteus 軟件 可以 和 MPLAB軟件 連接調(diào)試 。 Proteus 可以對(duì) 原理圖 、電路仿真和 微控制器 仿真 [13]?；?Proteus的 這些 特點(diǎn) ， 本文 選擇它來(lái)繪制直流無(wú)刷電機(jī)的硬件電路 圖，并對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行 調(diào)速 仿真 控制。 直流 無(wú)刷 電機(jī)的 Proteus 仿真模型 BLDC電機(jī)的 Proteus仿真模型是 在 根據(jù)直流電機(jī)模型 的基礎(chǔ)上 建立 起來(lái) 的 ,模型中具 有三個(gè)霍爾 ,它們的作用是來(lái) 轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)。 設(shè)計(jì)的時(shí)候我在元器件庫(kù)中選取BLDCSTAR,這個(gè)三相星型連接方式的無(wú)刷直流電機(jī)有 8 個(gè)引腳，下面來(lái)一一介紹 。Load 是仿真負(fù)載的輸入端 ,omega 是轉(zhuǎn)子角速率的輸出端 ,a、 b、 c是 線圈的輸入端 。sa、 sb、 sc 是霍爾 的 輸出端。 Proteus 中 硬件電路 搭建 過(guò)程 本文 使用 Proteus 軟件來(lái)繪制 直流無(wú)刷電機(jī)的 硬件電路 圖， 這是學(xué)習(xí)軟件的基礎(chǔ)上，并參考原理圖繪制的 。 通過(guò)不斷地 學(xué)習(xí)和嘗試，使得 最終理解該軟件的 原理，并完成了電路的簡(jiǎn)化繪制搭建過(guò)程。 首先繪制直流無(wú)刷電機(jī)，點(diǎn)擊 (挑選元件按鈕 )按鈕 ,業(yè)面會(huì) 出現(xiàn)挑選元件對(duì)話框 ,在對(duì)話框的 KEYWORDS 中輸入 BLDC,得到如下結(jié)果 ，如圖 31 所示： 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 圖 31 然后 點(diǎn)擊 按鈕，關(guān)閉對(duì)話框，單擊左鍵，這樣 BLDCSTAR 就被放到 Root sheet1 原理圖編輯窗口中了 。同樣的方式選取 BUUTTON、 POTHG、 RES40 等 元件。 點(diǎn)擊 ，繪制 輸入、輸出和 功率 ， 如圖 32所示： 圖 32 選取元件之后 ,就是電路的連接了 ,直接點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵開(kāi)始連接 ,再點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵結(jié)束 。 最后再進(jìn)行元件參數(shù)設(shè)置 ,最終得到的結(jié)果如圖 33 所示 ： 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 圖 33系統(tǒng)顯示電路 在系統(tǒng)顯示電路的原理圖中， S1是啟動(dòng)按鈕， S2 是換向按鈕， S3是暫停按鈕，RV1（滑動(dòng)變阻器）用來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真負(fù)載大小的調(diào)控。 直流無(wú)刷電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)的 時(shí)候會(huì)顯示速度的大小，我們可以通過(guò)它來(lái)觀察速度調(diào)節(jié)的狀況， 是我們判斷代碼是否正確地依據(jù)， 為我們修改 C 語(yǔ)言的代碼程序提供 了 幫助。 驅(qū)動(dòng)電路采用了集成塊 元件 ， 從 中選擇，點(diǎn)擊新建頁(yè)面（ N），會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新頁(yè)面 Root sheet2,在 Root sheet2 的 原理圖編譯窗口，根據(jù)以上方法繪制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)主電路如圖 34所示 : 圖 34系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)主電路 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 驅(qū)動(dòng)的電子換相電路采用了系統(tǒng)所給的 CCT004 元件 ，由于電路比較復(fù)雜可以先把它集中到一塊，然后 繪制比較復(fù)雜的子電路，這樣便于系統(tǒng)的運(yùn)行，不會(huì)因?yàn)檫^(guò)于復(fù)雜而降低系統(tǒng)的可靠性，而會(huì)提高系統(tǒng)的效率?？磥?lái)設(shè)置集成塊電路是非常有必要的 。 左擊鼠標(biāo)，選取 CCT004 元件，然后鼠標(biāo)右擊，選擇“轉(zhuǎn)到子頁(yè)面”選項(xiàng)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)空白頁(yè)面，在原理圖編譯窗口，根據(jù) BLDC 電路原理圖和 上 述繪圖 方法繪制驅(qū)動(dòng)電路子圖，更具體描述驅(qū)動(dòng)電路連接設(shè)置，如圖 35 所示 ,由原理圖繪制電路圖如圖 36 所示 。 圖 35 BLDC換相 電路 原理圖 圖 36 Proteus自帶 驅(qū)動(dòng)子電路 因?yàn)?dsPIC33FJ12MC202 單片機(jī)輸出的電流非常 小 ,所以， 我們 有必要 加一個(gè) 驅(qū)動(dòng)電路 對(duì)其 進(jìn)行放大。 接著 ,創(chuàng)建頁(yè)面 Root sheet3,就根據(jù)以上方法繪制系統(tǒng)緩沖器電路 ,如圖 37 和38所示。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 圖 37 圖 38系統(tǒng)緩沖器 電路 采用 74HC244 芯片 來(lái)對(duì) 輸 入的數(shù) 據(jù) 作 較長(zhǎng)的時(shí)間 的保存 。它 可以 構(gòu)成三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器 ，用于簡(jiǎn)單接口 的 擴(kuò)展 。 大家知道， dsPIC33F 系列單片機(jī)是使用 并口進(jìn)行編程 的， 但是 在一些情況下就不行了，比 如電路板沒(méi)有做好， 就有可能 把計(jì)算機(jī)并口連帶 著 一起 燒壞， 造成很大的損失， 因此 非常有必 要加 74HC244 芯片來(lái)緩沖 一下。 最后是 系統(tǒng)主控制器電路的繪制， 單擊“ P” 按鈕，在 KEYWORDS 中輸入dsPIC33FJ12MC202,得到如下結(jié)果，如圖 39 所示。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 圖 39選擇單片機(jī) 根據(jù) 上面的方法，繪制主控制器原理圖?；魻?R， Y， B分別接入 RB5， RB6， RB7 引腳。當(dāng)發(fā)生 IC 中斷時(shí)，會(huì)讀取三個(gè)霍爾值，之后通過(guò)查 StateTable 表獲得換相的 狀態(tài) ，就這樣完成 了對(duì) 直流無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行換相任務(wù) 。 圖 310系統(tǒng)主控制器電路 本文把 dsPIC33FJ12MC202 單片機(jī) 作為主控制器 。 它 具 有 最多 3 個(gè) 16 位定時(shí)器，1個(gè)定時(shí)器 可以作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘來(lái)使用 。所以說(shuō)，選擇了正確的單片機(jī)為仿真成功奠定了基礎(chǔ) 。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 整個(gè)電路圖如圖 411 所示： 圖 411 Proteus 代碼寫入方法 如果 Proteus 繪制的原理圖能夠正常運(yùn)行 ，我們 就要 要把 MPLAB 編譯的代碼 (在第四章中將會(huì)有詳細(xì)描述 )寫進(jìn) dsPIC33FJ12MC202 單片機(jī)，下面詳細(xì)介紹一下單片機(jī)代碼寫進(jìn)的過(guò)程。在 Proteus 中編譯窗口中，單擊 dsPIC33FJ12MC202 單片機(jī)，會(huì)跳出下面的窗口 ,如圖 312 所示 : 圖 312 在 Program File 欄中，點(diǎn)擊 圖標(biāo) ，然后選擇 選項(xiàng) ,點(diǎn) ?！揪肺臋n】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 具體操作如下面圖 313和圖 314 所示 : 圖 313選擇文件 圖 314加載代碼 這樣，直流無(wú)刷電機(jī)的 C語(yǔ)言程序代碼就被加載到了單片機(jī)當(dāng)中，如果程序和電路連接沒(méi)問(wèn)題，電機(jī)就會(huì)按照預(yù)想的情況運(yùn)行 。代碼的載入并不難，需要自己慢慢熟練， 掌握軟件的每一步操作過(guò)程，有助于我們的進(jìn)度，比較節(jié)約時(shí)間。 代碼的寫入會(huì)在第五章中用到 ，我先在這介紹了，在第五章就不再贅述 。 PCB板的制作過(guò)程 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 電路原理圖已經(jīng)由 Proteus 繪制好 ,在上 文對(duì)繪制電路原理圖有詳細(xì)地描述 ,仿真調(diào)試也應(yīng)經(jīng)成功 ,在本文第五 章對(duì)此 也 有詳細(xì)描述 ,這一步我已經(jīng)做好。 加載網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝 點(diǎn)擊 中的 ARES 圖標(biāo)，進(jìn)入 PCB的 設(shè)計(jì)界面，會(huì)出現(xiàn) 如下窗口，如圖 315 所示： 圖 315 選擇封裝時(shí)，沒(méi)有封裝庫(kù)的元器件可以選擇替代封裝，也可以手工繪制封裝，本設(shè)計(jì)既有手工繪制封裝也有替代封裝 ,選擇手 工繪制封裝的有直流無(wú)刷電機(jī) M與非門 U3U8 以及開(kāi)關(guān) SW1SW6,滑動(dòng)變阻器 RV1 選擇替代封裝 ,封裝類型 PREHMIN。 規(guī)劃電路板并布局 制作 PCB 的時(shí)候 ,首先要設(shè)計(jì)工作區(qū)域 ,選擇當(dāng)前板層為 Board Edge。然后 單擊2DGroaphics， 拉出 PCB 的編輯板層。 點(diǎn)擊 （度量模式），可以設(shè)置黃色框圖的大小。 我設(shè)置的黃框 ，寬是 160mm,高是 mm。 接下來(lái)我們就可以進(jìn)行手動(dòng)布局了 ,點(diǎn)擊 (元件模式 ),把所有的元器件放到黃色框圖內(nèi) ,得到結(jié)果如圖 316 所示 : 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 圖 316 布線并 調(diào)整 緊接上面的步驟， 我們來(lái)進(jìn)行布線并進(jìn)行調(diào)整 。 點(diǎn)擊 ，查看 原理圖，把漏掉的線 連接起來(lái)。點(diǎn)擊 （設(shè)計(jì)規(guī)則管理器），來(lái)進(jìn)行設(shè)置，選擇網(wǎng)路種類為 SIGNAL等，過(guò)孔類型選擇 V40 ，如圖 317所示 ,最 后調(diào)整過(guò)的結(jié)果如圖 318所示 : 圖 317 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 圖 318 接下來(lái)就可以自動(dòng)布線了 ,點(diǎn)擊 (自動(dòng)布線 ),就會(huì)得到下圖。