【正文】 特種電機(jī)及其控制 97 控制電路的形式 : 分立元件全模擬電路 ——經(jīng)濟(jì)型 專用集成控制電路 —— 規(guī)模化、專用 數(shù)?；旌峡刂齐娐? —— 半數(shù)字化 (PID) 全數(shù)字控制電路 —— 高性能 (MCU DSP) 特種電機(jī)及其控制 98 19 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制專用集成電路及其應(yīng)用 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)專用集成電路 部分無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)專用集成電路 特種電機(jī)及其控制 99 部分無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)專用集成電路 特種電機(jī)及其控制 100 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器的 (MC3303)應(yīng)用 MC33033 引腳功能介紹 特種電機(jī)及其控制 101 具有 PWM 開環(huán)速度控制、使能控制 (起動(dòng)或停止 )、正反轉(zhuǎn)控制和能耗制動(dòng)控制等功能 在外圍加少許元件，便可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，調(diào)試及檢測(cè)非常方便 內(nèi)部有鋸齒波振蕩器，頻率可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定 具有過(guò)流保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)功能 20腳塑封封裝，內(nèi)部帶有溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電源和轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼電路 MC3303的主要特點(diǎn)如下 特種電機(jī)及其控制 102 MC3303的典型應(yīng)用電路 特種電機(jī)及其控制 103 無(wú)位置傳感器 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器 ML4428的應(yīng)用 ML 4428管腳功能介紹 特種電機(jī)及其控制 104 ML 4428管腳功能介紹 (續(xù) ) 特種電機(jī)及其控制 105 片內(nèi)含有 PWM轉(zhuǎn)速控制電路，根據(jù)參考值進(jìn)行變速控制。 3)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。 特種電機(jī)及其控制 95 常見(jiàn)集成驅(qū)動(dòng)電路 特種電機(jī)及其控制 96 控制電路 控制電路是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行并實(shí)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： 1)對(duì)轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號(hào)、 PWM調(diào)制信號(hào)、正反轉(zhuǎn)和停車 信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合 , 給驅(qū)動(dòng)電路提供各開關(guān)管的斬波和選通信號(hào) , 實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停車控制。 驅(qū)動(dòng)電路的工作方式直接影響著開關(guān)管的一些參數(shù)和特性，從而影響著整個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)的正常工作。緩沖電容 C3應(yīng)選用高頻特性好的無(wú)感電容， D7應(yīng)選擇過(guò)渡正向電壓低、反向恢復(fù)時(shí)間短的快速恢復(fù)二極管。 特種電機(jī)及其控制 92 開關(guān)主電路 對(duì)于單相交流電源供電、電機(jī)采用三相電樞繞組時(shí)，典型的開關(guān)主電路通常由 整流電路 、 濾波電路 、 緩沖電路 和 逆變電路 構(gòu)成 特種電機(jī)及其控制 93 整流電路 由變壓器 TR1和整流橋 BRl組成 ,將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源 濾波電路 實(shí)現(xiàn)直流電源的低通濾波，形成低內(nèi)阻硬持性直流電壓源，同時(shí)與繞組感性負(fù)載交換無(wú)功功率，其功能由大電容 C2實(shí)現(xiàn) 緩沖電路 是為減少開關(guān)管承受的尖峰電壓。只有靠控制繞組的導(dǎo)通順序來(lái)實(shí)現(xiàn)。 控制規(guī)律為 001()tPDIdeu K e e d t T uT d t? ? ? ??離散的增量式 PID控制算法為 22Δ Δ ΔΔ ΔDk P k k kIP k I k D kTTu K e e eTTK e K e K e? ? ?? ? ?特種電機(jī)及其控制 81 PWM調(diào)制方式 (1) on_pwm型 60 0 60 120 180 240 300 360 VT1 VT4 VT3 VT6 VT5 VT2 ? t ? t ? t ? t ? t ? t 特種電機(jī)及其控制 82 (2) pwm_on型 60 0 60 120 180 240 300 360 VT1 VT4 VT3 VT6 VT5 VT2 ? t ? t ? t ? t ? t ? t 特種電機(jī)及其控制 83 (3) H_pwmL_on型 在各自的 120?導(dǎo)通區(qū)間內(nèi) ， 上橋臂功率開關(guān)通過(guò) PWM調(diào)制 、 下橋臂開關(guān)管恒通 。 電角度的扇形開口，扇形開口的數(shù)目等于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的極對(duì)數(shù)， 4極電機(jī)所用遮光盤如圖 (b)所示；光電開關(guān)通常采用將發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一起的光斷續(xù)器。 光電式位置傳感器 是由裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的遮光盤和固定不動(dòng)的光電開關(guān)組成的，其原理如圖 (a)所示。 缺點(diǎn)： 傳感器過(guò)于笨重復(fù)雜，因而大大限制了其在普通條件下的應(yīng)用。 特種電機(jī)及其控制 70 優(yōu)點(diǎn) 1： 電磁式傳感器具有較高的強(qiáng)度，可經(jīng)受較大的振動(dòng)沖擊，故多用于航空航天領(lǐng)域。 特種電機(jī)及其控制 68 Hall IC 安裝示意圖 三個(gè)霍爾元件在空間依次相差 120o電角度 傳感器磁極與轉(zhuǎn)子磁極同軸旋轉(zhuǎn)、極數(shù)相等、極性相對(duì)應(yīng) 特種電機(jī)及其控制 69 電磁式位置傳感器 的定子由磁芯、高頻激磁繞組和輸出繞組組成，轉(zhuǎn)子由扇形磁芯和非導(dǎo)磁襯套組成 定、轉(zhuǎn)子磁芯均由高頻導(dǎo)磁材料 (如軟磁鐵氧體 )制成。 特種電機(jī)及其控制 66 Hall IC 霍爾元件磁電轉(zhuǎn)換 Hall IC 霍爾元件功能方框圖 特種電機(jī)及其控制 67 Hall IC 安裝方式 第一種方式： 將霍爾元件粘貼于電機(jī)端蓋內(nèi)表面，靠近霍爾元件并與之有一小間隙處，安裝著與電機(jī)軸同軸的永磁體。可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。 特種電機(jī)及其控制 64 17 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的檢測(cè) 轉(zhuǎn)子位置傳感器 ? 磁敏式位置傳感器 —— 霍爾元件 ? 電磁式位置信感器 —— 高頻線圈 ? 光電式位置信感器 ——光耦合器件 特種電機(jī)及其控制 65 置于磁場(chǎng)中的載流體，如果電流方向與磁場(chǎng)垂直，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加的橫向電場(chǎng)，這個(gè)現(xiàn)象是霍普金斯大學(xué)研究生霍爾于 1879年發(fā)現(xiàn)的，后被稱為 霍爾效應(yīng) 。 特種電機(jī)及其控制 48 對(duì)于 三相六狀態(tài) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，任一時(shí)刻都有兩相繞組導(dǎo)通，故電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)為 2215meipWE E n C n????? ? ? ? ?式中 Ce —— 電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)， iepWC??152?電樞繞組的電流為 rEUUI TSa 22 ???在任一時(shí)刻，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩由兩相繞組的合成磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生，則 42 m a ae a T aipWE I E IT I C I?????? ? ? ? ? ???特種電機(jī)及其控制 49 電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 ?????eaTSCrIUUn 22空載轉(zhuǎn)速為 ????????????????pWUUpWUUCUUn TSiiTSeTS 152220電動(dòng)勢(shì)系數(shù)為 ??? ? ?????ieepWCnEK152轉(zhuǎn)矩系數(shù)為 aiTaeT IpWCITK??? ?? ?????4特種電機(jī)及其控制 50 15 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 機(jī)械特性 22 2 2 2S T a S Tee e e TU U r I U U rnTC C C C? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?機(jī)械特性曲線 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 為 ?? ?????rUUCICT TTstTst 22特種電機(jī)及其控制 51 調(diào)節(jié)特性 調(diào)節(jié)特性 調(diào)節(jié)特性的始動(dòng)電壓和斜率分別為 TTe UCrTU 220 ?????? eCK1特種電機(jī)及其控制 52 工作特性 工作特性 : 實(shí)驗(yàn)值 — ：設(shè)計(jì)值 120W樣機(jī)效率特性 特種電機(jī)及其控制 53 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的定義及引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)定義為 m a x m i n 100%rNTTTT???轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的主要原因 (1)電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) (2)換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) ； (3)定子齒槽引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)； (4)電樞反應(yīng)的影響