【文章內(nèi)容簡介】 圖 15 電機(jī)運(yùn)行時 各相 產(chǎn)生的 反電勢示意圖 8 2 控制系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì) 電動機(jī)選擇及參數(shù)說明 本設(shè)計(jì)選擇北京和利時電機(jī)技術(shù)有限公司的 BL系列 無刷 直流 電動機(jī)作為控制對象，電機(jī)型號為 57BLT1015H1LSB。 其工作參數(shù)為：環(huán)境溫度為 0攝氏度到 50攝氏度，環(huán)境濕度為小于 85%RH，絕緣等級為 B級，耐震動 /耐沖擊為 。 57BLT1015H1LSB電動機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表 21所示 。 表 21 電動機(jī)技術(shù)參數(shù) 貨物編號 規(guī)格型號 額定功率 /W 額定電壓 /V 額定轉(zhuǎn)速 /（ r/min） 額定功率 /() 最大轉(zhuǎn)矩 /() 定位轉(zhuǎn)矩 /（ ） 額定電流/A 最大電流/A 極對數(shù) 5 質(zhì)量/kg 060060 57BL101 5H1LSB 100 220 (AC) 1500 5 型號說明： 57：機(jī)座號 ； BL：電機(jī)系列， BL表示 無刷 直流 電動機(jī)系列 ； T：結(jié)構(gòu)類型， T代表特殊結(jié)構(gòu)，若無標(biāo)注，則為正弦波結(jié)構(gòu) ； 10：電機(jī)功率，以 10W為單位， 10表示 10x10=100W； 15：電動機(jī)額定功率，以 100r/m為單位， 15表示 15x100=1500r/min； H：施加在電動機(jī)繞組上的電壓等級， H代表直流 300V； 1：代表位置傳感器類型為開關(guān)霍爾傳感器； L：電動機(jī)出線類型， L代表引線， 350mm長； S：軸鍵形式， S代表光軸； B：設(shè)計(jì)版本，以 A、 B、 C、 表示，默認(rèn)為 A版； 100：設(shè)計(jì)序列號，標(biāo)準(zhǔn)方案省略。 9 驅(qū)動器選擇及功能說明 本課題選擇與上述 無刷 直流 電動機(jī)配套的驅(qū)動器，型號為 BL2203C， 如圖 21所示 。 圖 21 電動機(jī)驅(qū)動器外形 驅(qū)動器的特點(diǎn)： （ 1） 交流 220V供電； （ 2） 輸入、輸出信號光隔離； （ 3） 起停及轉(zhuǎn)向控制； （ 4） 過電流、過電壓、過載及堵轉(zhuǎn)保護(hù) ； （ 5） 測試信號輸出； （ 6） 故障報警輸出； （ 7） 電動機(jī)轉(zhuǎn)速顯示； （ 8） 外部模擬量調(diào)速； （ 9） 制動停車功能； （ 10） 多擋速度選擇。 驅(qū)動器的性能指標(biāo)如表 22所示 。 10 表 22 驅(qū)動器的電氣性能 供電電源 單相交流 220V（ 1177。 15%） V， 50Hz，容量為 額定功率 最大 600W（ 依所配電動機(jī)而定） 額定轉(zhuǎn)速 依所選電動機(jī)確定（最大 8000r/min） 額定轉(zhuǎn)矩 依所選電動機(jī)確定 調(diào)速范圍 150r/min而定轉(zhuǎn)速 速度變動率（對負(fù)載） 177。 2%以下（額定轉(zhuǎn)速） 速度表動率（對電壓） 177。 1%以下（電源電壓 177。 10%，額定轉(zhuǎn)速無負(fù)載） 速度表動率（對溫度） （ 20～ 40℃ 額定轉(zhuǎn)速無負(fù)載） 絕緣電阻 在常溫下大于 100M歐 絕緣強(qiáng)度 在常溫常壓下 1KV、 1min 驅(qū)動器面板見圖 22所示 。 圖 22 驅(qū)動器面板示意圖 +12 接口電源 F/R 正 /反轉(zhuǎn)控制器 R/S 運(yùn)行 /停止控制器 BRK 制動控制端 CH1 速度選擇 1 CH2 速度選擇 2 CH3 速度選擇 3 AVI 模擬量調(diào)速 ALARM 報警信號輸出 SPEED 轉(zhuǎn)速信號輸出 COM 接口公共地 S+ 信號 SA 輸入 SB 端子 SC S 電動機(jī) U線 電動機(jī) V線 電動機(jī) W線 電源 AC1 電源 AC2 保護(hù)接地 FG 調(diào)速電位器 散熱風(fēng)扇風(fēng)道 11 驅(qū)動器 端子說明 ： （ 1） 功率端子 ① 驅(qū)動器交流電源輸入 L、 N，接入端 子的引線必須使用 U形插口。 ② U、 V、 W端子與電動機(jī)相連，務(wù)必將驅(qū)動器的 U、 V、 W端子分別與電動機(jī)的 U、V、 W對應(yīng)相連。錯誤的連接將導(dǎo)致電動機(jī)工作異常。連接原則上不超過 6m，并與霍爾線 分開布線。注意，接入端子的引線必須使用 U形插頭。 ③ 驅(qū)動器保護(hù)地端子 FG。 驅(qū)動器保護(hù)地端子與電動機(jī)機(jī)殼不必連接，為安全起見，請務(wù)必將驅(qū)動器保護(hù)地端子與電動機(jī)機(jī)殼分別可靠接地。注意，接入端子的引線必須時用 U形插頭。 （ 2） 霍爾端子（電動機(jī)霍爾位置傳感器信號端子為 S+、 S、 SA、 SB、 SC）務(wù)必將驅(qū)動器的 S+、 S、 SA、 SB、 SC端子分別與電動機(jī)霍爾信號輸出的 S+、 S、 SA、SB、 SC端子對應(yīng)連接，錯誤的連接將導(dǎo)致電動機(jī)工作異，甚至損壞驅(qū)動器和電動機(jī)。電動機(jī)霍爾連接線原則 上 不超過 6m，而且 應(yīng)該 使用屏蔽線。要盡量與電動機(jī)線分開布線，而且遠(yuǎn)離干擾源?；魻栠B接線末接，電動機(jī)不運(yùn)行。注意， S+、 S只作為霍爾元件電源。 （ 3） 信號輸入端子 ① +12VCOM。 外接電源，外部調(diào)速電位器電源端子，負(fù)載小于 50mA。 ② 電動機(jī)運(yùn)行 /停止控制 R/S。通過控制端子“ R/S”相對于“ COM”的通斷，可以控制電動機(jī)的運(yùn)行、停止。端子“ R/S”內(nèi)部以電阻拉到 +12V，可以配合無源觸點(diǎn)開關(guān)使用，也可以配合集電極開路的 PLC等控制單元。當(dāng)“ R/S” 端子與“ COM”端斷開時，電視機(jī)停止，反之電視機(jī)運(yùn)行。使用運(yùn)行 /停止端控制電動機(jī)停止時，電動機(jī)為自然停車，其運(yùn)行規(guī)律與電動機(jī)負(fù)載有關(guān)。 ③ 電動機(jī)正 /反轉(zhuǎn)控制 (F/R)。通過控制端子“ F/R”與“ COM”的通斷，可以控制電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。端子內(nèi)部以電阻上拉到 +12V，可以配合無源觸點(diǎn)開關(guān)使用，也可以配合集電極開路的 PLC等控制單元。當(dāng)“ F/R”與端子“ COM”不接觸時，電動機(jī)順時鐘方向運(yùn)行 （面對電機(jī)軸），反 之則逆時針方向運(yùn)轉(zhuǎn)。為避免驅(qū)動器的損壞，在改變電動機(jī)轉(zhuǎn)向時，應(yīng)先使電動機(jī)停止運(yùn)行后在操作改變轉(zhuǎn)向，避免在電動機(jī)運(yùn)行時進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)方向控制。 12 ④ 快速制動 BRK。 驅(qū)動器可以控制端子 BRKCOM的通斷來控制直流無刷電動機(jī)的迅速停止，制動采用受控制能耗制動方式，相對與 R/S的自動停車會快得多，但具體時間受用戶系統(tǒng)（尤其是系統(tǒng)慣量）的影響。 ⑤ 外部模擬量調(diào)速端子 AVI,標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中調(diào)節(jié)范圍為 0～ 10V，對應(yīng) 0～ 3000r/min。 ⑥ 多段速度選擇端子 CH1～ CH3，由 CH1～ CH3相對 COM的狀態(tài)選擇不同的速度。 （ 4） 輸出端子 ① 電動機(jī)轉(zhuǎn)速信號輸出（ SPEED） 。 驅(qū)動器通過端子 SPEEDCOM為用戶輸出與電動機(jī)轉(zhuǎn)速成比例的脈沖信號。每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) =6 電動機(jī)極對數(shù)， SPEED頻率（ Hz） =每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 轉(zhuǎn)速 （ r/min） 247。60 。例如， 4對電動機(jī)，每轉(zhuǎn) 24個脈沖，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速為 500r/min時，端子 SPEED的輸出頻率為 200Hz。 ② 過熱保護(hù)（ ALARM） 。 由于過載或其他惡劣的條件使驅(qū)動器內(nèi)部的溫度高于 80℃時，驅(qū)動器將自動停止輸出，電動機(jī)停止運(yùn)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 電才能解除報警。如驅(qū)動器頻繁發(fā)生過熱保護(hù)，用戶應(yīng)該改善驅(qū)動器外部散熱條件。 ③ 短路保護(hù)。 由于接線或 其他原因?qū)е码妱訖C(jī)繞組突然短路時，驅(qū)動器檢測進(jìn)入短路保護(hù)狀態(tài)，切除所有輸出，并在顯示器的最末端顯示 “E” ， ALARM輸出低電平信號，只有將驅(qū)動器斷電才能解除警報。發(fā)生此故障，請檢測接線是否正確。 ④ 過壓保護(hù) 。 由于快速制動、電網(wǎng)電壓波動等原因?qū)е碌尿?qū)動器那那內(nèi)部出現(xiàn)過電壓 時 ， 驅(qū)動器進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，驅(qū)動器將自動停止輸出，電動機(jī)停止運(yùn)行， ALARM輸出低電平信號，驅(qū)動器在顯示器最末端顯示 “E” ，將驅(qū)動器斷電才能解除報警 。 （ 5） 轉(zhuǎn)速顯示。驅(qū)動器實(shí)時測量帶電動機(jī)的轉(zhuǎn)速并以 4位數(shù)碼管顯示，單位為 r/min。 由于測速的延時，在調(diào)速時顯示會略滯后。測量的范圍限制在 8000r/min以內(nèi)，超出范圍可以導(dǎo)致速度顯示錯誤。 驅(qū)動器 調(diào)速方式說明 該驅(qū)動器提供一下三種調(diào)速方式： （ 1） 內(nèi)部電位調(diào)速。逆時針旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器面板上的電位器，電動機(jī)轉(zhuǎn)速減小，順時針旋轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn)速增大。由于測速需要響應(yīng)時間，速度顯示會由滯后。用戶使用其他兩種方式時，必須將電位器設(shè)于最小狀態(tài)。 13 （ 2） 外部輸入調(diào)速。將外部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。也可以通過其他控制單元（如 PLC、單片機(jī)等）輸入模擬電平信號到“ AVI”端實(shí)現(xiàn)調(diào)速（相對于 COM） ，“ AVI”的接受電壓范圍為直流 0～ 10V，對應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速為 0～ 3000r/min。端子內(nèi)接 200kΩ 到 COM端，因此懸空不接將被解釋為 0輸入。端子內(nèi)含有簡單的 RC濾波電路，因此可以接收 PWM信號進(jìn)行調(diào)試控制。 （ 3） 多段速度選擇。通過控制驅(qū)動器上的 CH1～ CH3三個端子的狀態(tài)，可以選擇內(nèi)部預(yù)先設(shè)定的幾種速度 ， 見表 23所示 。 表 23 端子信號選擇表 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 2020 1 1 1 0 表 23中的轉(zhuǎn)速值為參考值，實(shí)際轉(zhuǎn)速可能會有偏差，但一般誤差小于 10r/min。 驅(qū)動器接線示意圖 驅(qū)動器的典 型接線圖如圖 23所示，需要注意的是： 圖 23 驅(qū)動器的典型接線圖 14 （ 1） 因?yàn)楸掘?qū)動器為 220V高壓輸入，為確保安全，在上電之前必須保證接地端子 FG可靠地與大地鏈接，任何情況下請不要打開機(jī)殼，以避免意外的損傷。 （ 2） 驅(qū)動器安裝時應(yīng)保證設(shè)備的通風(fēng)良好，機(jī)柜內(nèi)有多個驅(qū)動器并列使用時 應(yīng)保證相互之間的距離不小于 10cm。 （ 3） 機(jī)箱應(yīng)考慮通風(fēng)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。驅(qū)動器采用風(fēng)道豎直的立式安裝將有利于散熱。 15 3 控制電路設(shè)計(jì) 芯片說明 本電路使用到的芯片有 AT89S5 74HC16 SN74LS160和 SN74LS164，將各芯片進(jìn)行簡單介紹。 （ 1） AT89S52是一種低功耗、高性能 COMS 8位 微控制器，具有 8KB系統(tǒng)內(nèi)部可編程 Flash存儲器。使用 Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash存儲器允許存儲器 ISP可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，用有靈巧的 8位 CPU和可 ISP編程的 Flash存儲器，使得 AT89S52為眾多嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52芯片 DIP和 PLCC兩種封裝形式分別如圖 31和 32所示 。