【正文】 VF2，當 VF1VF2 導通時，電流從 VF1 流入，分別通過 A 相繞組和 B、 C兩相繞組，再從 VF2 流出。每隔 60 度換相一次，每次有一個功率管換相，每個功率管通電 180 度。經過 60 度電角度后，換相到 VF1VF2VF3 通電，這時電流分別從 VF1 和 VF3 流入，經 A和 B相繞組再流入 C相繞組，經 VF2 流出。從圖中可以看出，三相全控室的轉矩波動比三相半控時小，從 Tm。每隔 60度電角度換相一次，每個功率管通電 120度，每個繞組通電 240 度，其中正向通電和反向通電各 120 度。而后每次換相一個功率管，合成轉矩矢量 方向就隨著轉過 60 度電角度。當電動機轉過 60 度后，由 VF1,VF2 通電換成 VF2,VF3 通電。如采用兩兩通電方式，當電流從功率管VF1 和 VF2 導通時，電流從 VF1 流入 A相繞組，再從 C 相繞組經 VF2 流回到電源。在要求較高的場合，一般均采用如圖 。為此，通常需要附加限流電路。如前所述，在三相半控電路中，要求位置傳感器的輸出信號 1/3周期為高電平， 2/3 周期為低電平，并要求各傳感器信號之間的相位也是 1/3 周期 。 圖 三相半控橋電路 常見的三相半控電路如圖 所示，圖中 LA、 LB、 LC 為電動機定子 A、 B、 C 三相繞組， VF VF VF3 為三只 MOSFET 功率管，主要起開關作用。 (29) 其中 nKE ca? 。當然，其大小同主回路的接法以及功率晶體管的換相方式有關。 (25) mLBZE Mpm ? . (26) 從上面的平均轉矩和平均反電動勢，便可求得直流無刷電動機穩(wěn)定運行時的電壓平衡方程式，為此首先定義反電動勢系數和轉矩系數： nEK ac? 。所以對外加電壓而言，感生電動勢波形如圖 。 (23) rILBZT MDM ? . (24) 電動機在電動轉矩的作用下轉動后，旋轉的轉子磁場就要切割定子繞組，在各相繞組上感生出電動勢，當其轉速 n 不變時，該 電動勢波形也是正弦波，相位同轉矩相位一致。因此，在三相半控的情況下，特別是在起動11 時， 不宜大于 30 度，而在直流無刷電動 機正常運行時，總是盡力把 ? 角調整到 0 度，使電動機產生的平均轉矩最大。當 ? =30 度時，電動機的瞬時轉矩過零點，這就是說，當轉子轉到某幾個位置時，電動機產生的轉矩為零，電動機起動時會產生死點。習慣上把這一點選作晶體管開始導通的基準點，定為 ? .在 ? =0 度的情 況下，電動機三相繞組輪流通電時所產生的總轉矩如圖 所示。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。該電流和轉子磁場作用所產生的轉矩也只是正弦轉矩曲線上相當于 1/3 周期的一段，且這一段曲線與繞組開始通電時的轉子相對位置有關。 圖 在恒定電流下的單相轉矩 它對外負載講，所得的電動機的平均轉矩為零。 轉速、轉矩計算 假設轉子磁鋼所產生的磁感應強度在電動機氣隙中是按正弦規(guī)律分布的，即?sin?? xBB .這樣，如果定子某一相繞組中 通一持續(xù)的直流電流，所產生的轉矩為 : ?sinILrBZT MDx ? (22) 式中， ZD—— 每相繞組的有效導體數； L—— 繞組中導線的有效長度，即磁鋼長度； 10 r—— 電動機中氣隙半徑； I—— 繞組相電流。至于低轉速的速度控制尤其是低速起動則因為回傳的 霍爾 信號變化變得更慢，怎樣擷取信號方式、處理時機以及根據電機特性適當配置控制參數值就顯得非常重要。 PWM 是決定電機轉速快或慢的方式，如何產生這樣的 PWM 才是要達到較精準速度控制的核心。 當電機轉動起來，控制部 中心 會再根據驅動器設定的速度及加 /減速率所組成的命令與 霍爾 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??) 開關導通，以及 作用 時間長短。 但 不能 將 AH， AL 或 BH， BL 或 CH， CL同時打開 。當電機轉子轉動到 霍爾傳感器 感應出另一組信號的位置時，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如9 此循環(huán)電機就可以依同一方向繼續(xù)轉動直到控制部決定要電機轉子停止則關閉功率晶體管 (或只開 一路 臂功率晶體管 )， 要電機轉子反向則功率晶體管開啟順序相反。但這只是用來做為速度控制并不能拿來做為定位控制?？刂撇縿t提供 PWM(脈沖寬度調制 )決 定功率晶體管開關頻度及換流器換相的時機。 不論是直流電輸入或交流電輸入 ， 要轉入電機線圈前須先將直流電壓由換流器轉成 三 相電壓來驅動電機。 直流無刷 驅動器包括電源部及控制部 件 如圖 ：電源部提供三相電源給電機，控制部則依需求轉換輸入電源頻率。直流無刷電機即是將同步電機加上電子式控制 (驅動 )器，控制定子旋轉磁場的頻率并將電機轉子的轉速回授至控制中心反復校正，以期達到接近直流電機特性的方式。圖 。 第二章 系 統(tǒng) 的方案 理 論 分析 無刷電機的 組成 直流無刷永磁電動機主要由電動機本體、位置傳感器和電子開關線路三部分組成。 其中可以 使用仿真軟件，對 系統(tǒng)進行仿真，確保方案的正確性。一般情況下 ,在要求不高時采用開環(huán)調速控制；而對于動態(tài)性能要求較高的負載 ,可采用轉速、電流雙閉環(huán)調速控制系統(tǒng)。 在控制器的基礎上采用什么樣的控制技術也非常重要。 為適應于整個系統(tǒng)并 針對無刷電機驅動，選擇一款易于編程，外設豐富，穩(wěn)定性好的微處理器 軟件方面： 參考無刷電機的換向控制的時序，通過檢測位置或者速度信息，正確換向。 以通用單片機制作控制器 ,機動靈活 ,容易進行功能擴展 , 應導師要求和指示，選用這種方式； 但單片機處理能力有限 ， 實時性和精度要求高時 ，應帶有針對性選用外設充足，功能相對足夠的系列和型號 。以專用集成電路制作控制器 , 技術成熟 ； 此 類芯片 系統(tǒng)集成度較高 ,保護電路動作快 ,有配套的 其他集成電路 ,使用 便 利，但不夠靈活 。 本文對電動車控制器的研究就主要圍繞著無刷直流電機的控制方法展開。 無刷電機的換向 、 驅動方案的研究 ，其 目的 使 其在運轉中平穩(wěn)可靠， 為 深入地學習和探究，推廣這種新型技術，所以選擇該課題。 電機的選擇決定了本文的研究最基本 、 最重要的問題 ： 直流電動機，因為電刷存在換向火花使其壽命宿短，產生噪聲和電磁干擾而被變頻調速的異步電機取代， 當今電力電子技術迅猛發(fā)展， 以及數字信號控制器出現， 使得 逐線圈換向技術制造 的 跟蹤器， 電子換向 取代換向器和電刷 成為了可能。 6 第一章 緒 論 選題背景及研究意義 電動車有著悠久的歷史， 可追溯至 1881 年 8 月在巴黎舉行的國際電器展覽會上，法國人特魯夫展出了世界上第一輛交通工具 —— 一輛 電動三輪車。在控制器件方面，應用新一代功率電子器件，可使變頻器有更高的功率密度和效率，結構也更牢固，更適于電動車所用。 如何從電機設計和控制策略兩方面加以改進是現在的研究熱點。目前電動汽車上廣泛采用直流串激電動機，這種電機具有軟的機械特性，與汽車的行駛特性非常相符。電動車驅動系統(tǒng)均具有相同或相似的功能模塊。電動車是一種安全、經濟、清潔的綠色交通工具，不僅在能源、環(huán)境方面有其獨特的優(yōu)越性和競爭力，而且能夠更方便地采用現代控制技術實現其機電一體化的目標，因而具有廣闊的發(fā)展前景。 DC inverter technology 3 目 錄 引言 5 第一章 緒 論 6 選題背景及研究意義 6 研究步驟、方法 6 第二章 系 統(tǒng) 的方案理 論 分析 7 無刷電機的組成 7 直流無刷電機的控制原理 8 轉速、轉矩計算 9 三相直流無刷電動機的典型應用 12 12 Y聯結方式 12 無刷電機對單片機資源預計 14 第三章 系統(tǒng)方案的選擇 15 系統(tǒng)方方案概述 15 單片機選型及介紹 15 功率驅動器件選用 17 第四章 系統(tǒng)的硬件實現 18 單片機與外設接口 18 驅動主電路逆變橋 19 逆變橋驅動電路 20 檢測模塊 20 20 21 21 輸入裝置 21 系統(tǒng)的 EMC 設計 22 第五章 5 軟件設計 23 無刷電機換向實現 23 調速的閉環(huán)算法 24 4 剎車、制動算法 25 軟件多線程系統(tǒng) 26 第六章 結論 27 謝 辭