【導(dǎo)讀】基于MC33035的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)................-20-

　　

【正文】 電源、逆變橋和無(wú)刷直流電機(jī)模型 功率從在 Simulink\ SimPower 系統(tǒng)的直流電源模 塊直接，電壓為 450V。 逆變器采用 Uinversal Bridage（通用逆變橋），這可用于整改模塊也可用于變頻器，特別是與電流方向有關(guān)。顯然，設(shè)計(jì)為逆變器，具體設(shè)置為橋臂，采用功率 MOSFET電力電子設(shè)備使用。 G端子功能模塊 6電源設(shè)備接收數(shù)字通信指導(dǎo)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。 圖 Universal Bridge 模塊結(jié)構(gòu) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)模型：在 MATLAB 中，無(wú)刷直流電機(jī)模型，可與 Simulink 電感，電容及數(shù)學(xué)模型的仿真模型提供的其他電路元件也可用于模擬 S函數(shù)編程。 本設(shè)計(jì)采用直接 Simulink 的 \SimPowerSystems 的 \機(jī)在永磁同步電機(jī)（永磁同步電動(dòng)機(jī)）模塊，提供給設(shè)置反電動(dòng)勢(shì)波形為梯形波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)模型。電機(jī)參數(shù)設(shè)置如圖 。 其具體含義為： Stator phase resistance Rs:定子相電阻 ? Stator phase inductance Ls:定子相電感 Flux linkage established by mags：磁鏈常數(shù) Voltage constant：電壓常數(shù) Torque Constant：轉(zhuǎn)矩常數(shù) Back EMF flat area:反電動(dòng)勢(shì)平頂寬度 120 度電角度 Inertia， fiction factor and pole pairs:轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ^2，摩擦系數(shù)，極對(duì)數(shù) 4 在此參數(shù)條件下，可知當(dāng)直流電壓為 450V，電機(jī)采用三相兩兩通電驅(qū)動(dòng)方式，空載轉(zhuǎn)速為 3000rpm 左右。 圖 電機(jī)參數(shù)設(shè)置 換相邏輯控制模塊 這個(gè)模塊是三個(gè)霍爾傳感器信號(hào)和 PWM信號(hào)和組合解碼錯(cuò)誤信號(hào)生成速度逆變橋開(kāi)關(guān)器件的控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn) 對(duì)逆變橋控制和無(wú)刷直流電機(jī)單極的 SR 限制型。 此模塊結(jié)構(gòu)如下圖： 圖 系統(tǒng) Decoder 模塊 此模塊有 3 個(gè)輸入端一個(gè)輸出端，它們分別為： Input1：三個(gè)霍爾信號(hào) Input2： PWM 信號(hào) Input3：轉(zhuǎn)速偏差信號(hào) Output1：逆變橋開(kāi)關(guān)器件控制信號(hào) 該模塊側(cè)重于 Hall2EMF解碼器， EMF2ControlSingal向前，向后 EMF2ControlSingal三個(gè)子系統(tǒng)，結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷直流電機(jī)換相控制邏輯，其主要設(shè)計(jì)原則如下描述。 與傳統(tǒng)的直流無(wú)刷直流電機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)是根本不同的。 與傳統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器更為復(fù)雜。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的多核心的三相定子繞組，轉(zhuǎn)子具有一定的權(quán)力，是減刑磁極位置，從而使定子與轉(zhuǎn)子之間的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生最大扭矩。下面的方法將被任何兩相雙極無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)供電，例如，系統(tǒng)分析駕駛過(guò)程。 圖 無(wú)刷直流電機(jī)傳感器位置示意 圖中的 H1， H2， H3的 是三個(gè)霍爾傳感器的空間位置。在霍爾元件的位置，有60 度， 120 度， 240 度， 300 度幾種。汽車(chē)制造商為了改變目前的發(fā)展放在這兩種形式，在電機(jī)控制，當(dāng)我們需要用這個(gè)命令更改。這是 120度 ，除了安排。 減刑的原則：任何兩個(gè)功率模式下使用，每次更改將有一個(gè)繞組設(shè)置為積極的權(quán)力，二逆功率，第三組不通電。永磁轉(zhuǎn)子和定子磁場(chǎng)之間的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的鋼鐵生產(chǎn)在理論上，扭矩，當(dāng)兩個(gè)磁場(chǎng)的夾角為 90 度，會(huì)產(chǎn)生最大扭矩，當(dāng)兩相吻合，當(dāng)磁場(chǎng)力矩為 0，為了阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，那么我們需要以改變定子磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子定子磁場(chǎng)的磁場(chǎng)在追逐相同。 換向序列：圖 顯示了霍爾元件的輸出和繞組反電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系。由于轉(zhuǎn)子磁極永磁磁極（磁極對(duì)數(shù) 1），每個(gè)霍爾元件 0 和 1 的狀態(tài)將保持 180 度電角度將切換。每一個(gè) 60 度的第一個(gè)霍爾元件將改變其輸 出特性，那么轉(zhuǎn)子環(huán)下來(lái)的霍爾元件三狀態(tài)（一個(gè)電源周期）將有六個(gè)不同的組合，這是三相繞組電源信號(hào)。如果轉(zhuǎn)子磁極的極數(shù)不為1，每個(gè)周期不完整的電源使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期所需的電線(xiàn)桿和對(duì)一些相關(guān)的轉(zhuǎn)子數(shù)目與轉(zhuǎn)子極數(shù)需要多少個(gè)電源周期。 圖 霍爾元件的輸出與反電動(dòng)勢(shì) 表 51 和表 52，電機(jī)上的輸入在 A，乙，丙繞組館的基礎(chǔ)上電順序。表 51是轉(zhuǎn)子順時(shí)針時(shí)機(jī)，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)表 52是時(shí)機(jī)。上面的兩個(gè)表表明，當(dāng)霍爾元件的安排是 120176。時(shí)，驅(qū)動(dòng)波形，霍爾元件也是前面提到的 60176。和其他安排的角度，那么當(dāng) 你需要一個(gè)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)波形，波形在電機(jī)在制造商的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用程序需要的時(shí)間嚴(yán)格遵守權(quán)力。 表 51正轉(zhuǎn)邏輯控制表 H1 H2 H3 Phase A Phase B Phase C 1 0 1 +V V NC 1 0 0 +V NC V 1 1 0 NC +V V 0 1 0 V +V NC 0 1 1 V NC +V 0 0 1 NC V +V 表 52反轉(zhuǎn)邏輯控制表 H1 H2 H3 Phase A Phase B Phase C 1 0 1 V +V NC 1 0 0 V NC +V 1 1 0 NC V +V 0 1 0 +V V NC 0 1 1 +V NC V 0 0 1 NC +V V 根據(jù)上面的換相表用 Matlab 可以設(shè)計(jì)譯碼器如下 圖 霍爾傳感器信號(hào)譯碼邏輯 此圖為 Hall2EMF Decoder 子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了將 3個(gè)霍爾傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)化為反電動(dòng)勢(shì)（ EMF）正負(fù)信號(hào)。 圖 正轉(zhuǎn)譯碼邏輯 圖 反轉(zhuǎn)譯碼邏輯 上面兩圖分別為 EMF2ControlSingal Forward、 EMF2ControlSingal Backward 子系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它們實(shí)現(xiàn)了將反電動(dòng)勢(shì)正負(fù)信號(hào)譯碼為逆變橋開(kāi)關(guān)器件控制信號(hào)。 下面的表 53到表 55是這三個(gè)邏輯電路的真值表： 表 53 圖 電路真值表 Ha Hb Hc EMF A EMF B EMF C 0 0 1 0 1 +1 0 1 0 1 +1 0 0 1 1 1 0 +1 1 0 0 +1 0 1 1 0 1 +1 1 0 1 1 0 0 +1 1 表 54 圖 電路真值表 EMF A EMF B EMF C Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 0 1 +1 0 0 0 1 1 0 1 +1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 +1 0 1 0 0 1 0 +1 0 1 1 0 0 0 1 +1 +1 0 1 0 0 1 0 0 0 +1 1 0 0 1 0 0 1 表 55 圖 電路真值表 EMF A EMF B EMF C Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 0 1 +1 0 0 1 0 0 1 1 +1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 +1 1 0 0 0 0 1 +1 0 1 0 1 0 0 1 0 +1 +1 0 0 1 1 0 0 0 0 +1 1 0 0 0 1 1 0 解碼后，從頂部向底部的輸出信號(hào)功率 MOSFET Q1 的六橋，六題的控制信號(hào)，復(fù)用與集成交換機(jī)模塊回到這樣的信號(hào)模塊。 注意到 EMF2ControlSingal 向前，向后兩個(gè)子系統(tǒng) EMF2ControlSingal 第二季度，第四季度，六題三路信號(hào)輸入 2 與此模塊是與邏輯。 input2 為 PWM 信號(hào)， Q Q Q6為逆變橋三個(gè)橋臂的下邊器件，二者相與就實(shí)現(xiàn)了對(duì)逆變橋的受限式單極性 PWM 控制。 輸入 3可逆一個(gè)開(kāi)關(guān)模塊直流無(wú) 刷電機(jī)的速度控制。開(kāi)關(guān)模塊，如下圖所示設(shè)置： 圖 Switch 模塊的設(shè)置 自上而下，我們可以定義開(kāi)關(guān)模塊稱(chēng)為三個(gè)輸入 U1 的， U2 樂(lè)隊(duì)， U3 的，功能的實(shí)施是為滿(mǎn)足給定條件下，如果 U2是 U1的輸出或輸出的選項(xiàng)選擇 U3的輸出。可以從上面給定的條件（閾值）看到的是 U2 樂(lè)隊(duì) =0。 U2 樂(lè)隊(duì)的方式，因?yàn)檫@是連接到輸入 3速度誤差信號(hào)，當(dāng) U2 是大于 0，我們知道一個(gè)給定的速度比電機(jī)轉(zhuǎn)速少，所以電機(jī)加速，所以 U1的路開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出模塊選擇，和 U1信號(hào)連接到 EMF2ControlSingal轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng)，它是正向解碼子 系統(tǒng)，這是為了滿(mǎn)足未來(lái)的電機(jī)運(yùn)行速度的要求的需要輸出。否則，當(dāng)U2 樂(lè)隊(duì)小于 0，同樣的結(jié)論可以同時(shí)推出?？赡嬷绷鳠o(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制將因此得以實(shí)現(xiàn)。 PWM 調(diào)制技術(shù) 如前所述，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)本體，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)系統(tǒng)和電子開(kāi)關(guān)電路三部分組成。這在定子開(kāi)關(guān)電路部分，可分為邏輯信號(hào)處理電子設(shè)備和電源逆變器的一部分，對(duì)主電路的一部分。 主電路是由電力電子器件，進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換和控制任務(wù)。主回路直流無(wú)刷電機(jī)，電力電子器件的工作方式，以減少開(kāi)關(guān)損耗，從而提高能源轉(zhuǎn)化效率。開(kāi)關(guān)式電源電子設(shè)備的工作，通過(guò)控制電壓脈沖寬度和 脈沖序列來(lái)實(shí)現(xiàn)的 PSA 周期頻率，因此將交流電壓直流電壓無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，對(duì)所謂的 PWM控制實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這樣一個(gè)開(kāi)關(guān)放大器的開(kāi)關(guān)電源（逆變器）和國(guó)家規(guī)定的線(xiàn)性放大器組成的裝置，它有一個(gè)延遲，諧波和死區(qū)，飽和度等非線(xiàn)性特性，從而使諧波功率電路，該模型放大器的系統(tǒng)復(fù)雜性。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，一直是電力電子器件的關(guān)斷控制，從關(guān)斷，所有控制型器件。高功率晶體管（ GTR）的，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（功率 MOSFET），關(guān)斷晶閘管（ GTO）的，如馬鞍山控制晶閘管（ MCT）的，絕緣柵電壓控制晶體管（ IGBT）和其他設(shè)備從 投 票過(guò)，全程控交換設(shè)備的使用很容易實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制和半控晶閘管型轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)設(shè)備相比，體積可減少百分之三十以上，設(shè)備，高效率，高功率因數(shù)。同時(shí)隨著開(kāi)關(guān)頻率的增加，同時(shí)，直流脈沖寬度調(diào)制（ PWMM）的速度控制系統(tǒng)和虛擬機(jī)速度控制系統(tǒng)，電流容易連續(xù)，低諧波，電機(jī)損耗和發(fā)熱小，低速性能，穩(wěn)定精度高，系統(tǒng)通帶帶寬，快速響應(yīng)性能，動(dòng)態(tài)的抗干擾能力。直流無(wú)刷電機(jī)電子換轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路和直流電動(dòng)機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式換向裝置的一臺(tái)新電機(jī)組成。下面簡(jiǎn)要介紹的 PWM 控制原理。 脈沖寬度調(diào)制（脈寬調(diào)制）簡(jiǎn)稱(chēng)為 PWM，它通過(guò)電源開(kāi)關(guān)的 作用將成為一個(gè)具有一定寬度可調(diào)方波脈沖電壓，脈沖電壓頻率恒定的直流電壓通過(guò)調(diào)整內(nèi)輸出電壓的平均寬度功率轉(zhuǎn)換技術(shù)。 PWM 的很少能激發(fā)有效抑制諧波的行為，頻率，效率有明顯的優(yōu)勢(shì)，逆變電路性能和可靠性得到了明顯改善。由逆變器 PWM，輸入法是固定的直流電壓，方式形成可在同一 PWM 逆變器很少，實(shí)現(xiàn)服務(wù)調(diào)頻調(diào)壓和實(shí)施。正因?yàn)槿绱四孀兤?，只有一個(gè)控制功率水平，簡(jiǎn)化了主電路和控制回路的結(jié)構(gòu)，它體積小，重量輕，可靠性高。而且因?yàn)樵O(shè)定的電壓，頻率于一體，因此調(diào)整速度，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)良好。此外， PWM逆變技術(shù)還提高了交流電源的功 率因數(shù)。 采樣控制理論是一個(gè)重要的結(jié)論：窄脈沖的脈搏，平等和不同形狀添加到鏈接的慣性，效果基本上是相同的，如下所示。 PWM 技術(shù)是所有最根本的理論基礎(chǔ)。 圖 沖量等效原理 把每半個(gè)周期內(nèi)，輸出電壓的波形分割成若干個(gè)脈沖，每個(gè)脈沖的寬度為 t1， 每?jī)蓚€(gè)脈沖間的間隔寬度為 t2，則脈沖的占空比γ為 112ttt?? ? (51) 在這一點(diǎn)上，平均電壓和占空比成正比調(diào)整頻率，使直流電壓的大小不會(huì)改變，而且改變了輸出 電壓脈沖的占空比，也能實(shí)現(xiàn)變頻變壓器效應(yīng)，因此，通過(guò)調(diào)整占空比可達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓和輸出電壓的目的可連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)整。