【正文】 述 第一節(jié) 無刷直流電動機(jī)的發(fā)展概況 無刷直流電動機(jī)是在有刷直流電動機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這一淵源關(guān)系從其名稱中就可以看出來。 關(guān)鍵詞 無刷直流電動機(jī) 單片機(jī) 霍爾位置傳感器 II Abstract Brushless DC motor in a brush DC motor developed on the basis of. At this stage, although exchanges of all kinds of DC motors and motor drive in the application of the dominant, but brushless DC motor is under mon concern. Since the 1990s, as people39。 自 20世紀(jì) 90年代以來，隨著人們生活水平的提高和現(xiàn)代化生產(chǎn)、辦公自動化的發(fā)展，家用電器、工業(yè)機(jī)器人等設(shè)備都越來越趨向于高效率化、小型化及高智能化，作為執(zhí)行元件的重要組成部分，電機(jī)必須具有精度高、速度快、效率高等特點，無刷直流電機(jī)的應(yīng)用也因此而迅速增長。 I 摘 要 無刷直流電動機(jī)是在有刷直流電動機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?，F(xiàn)階段，雖然各種交流電動機(jī)和直流電動機(jī)在傳動應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，但無刷直流電動機(jī)正受到普遍的關(guān)注。 本設(shè)計是把無刷直流電動機(jī)作為 電動自行車控制系統(tǒng) 的 驅(qū)動 電機(jī)，以 PIC16F72單片機(jī)為控制電路 ， 單片機(jī)采集比較電平及電機(jī)霍爾反饋信號，通過軟件編程控制無刷直流電動機(jī)。s living standards improve and modernize production, the development of office automation, household appliances, industrial robots and other equipment are increasingly tend to be high efficiency, small size and high intelligence, as the implementation of ponents An important ponent of the motor must have a high accuracy, speed, high efficiency, brushless DC motor and therefore the application is also growing rapidly. This design is the brushless DC motor as the electric bicycle motordriven control system, PIC16F72 microcontroller for control circuit, SCM collection and parisonlevel electrical signal Hall feedback, software programming through brushless DC motor control . Key words： bldcm the single chip processor hall position sensor 目錄 第一章 概 述 ..................................................................................................................... 1 第一節(jié) 無刷直流電動機(jī)的發(fā)展概況 .............................................................1 第二節(jié) 無刷直流永磁電動機(jī)與有刷直流永磁電動機(jī)的比較 ...........................2 第三節(jié) 無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理 .......................... 2 第四節(jié) 無刷直流電動機(jī)的運行特性 .................................... 5 第五節(jié) 無刷直流電動機(jī)的應(yīng)用與研究動向 ...................................................7 第二章 無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計方案 ................................................................... 9 第一節(jié) 無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)的組成 .................................... 9 第二節(jié) 無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計方案 .......................................................... 11 第三章 無刷直流電動機(jī)硬件設(shè)計 ................................................................................. 14 第一節(jié) 逆變主電路設(shè)計 ............................................. 14 第二節(jié) 逆變開關(guān)管驅(qū)動電路設(shè)計 ..................................... 16 第三節(jié) 單片機(jī)的選擇 ............................................... 18 第四節(jié) 人機(jī)接口電路 ............................................... 22 第五節(jié) 門陣列可編程器件 GAL16V8 ................................... 25 第六節(jié) 傳感器選擇 ................................................. 26 第七節(jié) 周邊保護(hù)電路 ............................................... 29 第八節(jié) 電源電路 ................................................... 31 第四章 無刷直流電動機(jī)軟件設(shè)計 ................................................................................. 32 第一節(jié) 直流無刷電機(jī)控制器程序的設(shè)計概況 ........................... 32 第二節(jié) 系統(tǒng)各部分功能在軟件中的實現(xiàn) ............................... 32 第三節(jié) 軟件流程圖 ................................................. 33 結(jié)論 .......................................................................................................錯誤 !未定義書簽。有刷直流電動機(jī)從 19世紀(jì) 40年代出現(xiàn)以來，以其優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制特性，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)一直在運動控制領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。為了取代有刷直流電動機(jī)的機(jī)械換向裝置，人們進(jìn)行了長期的探索。 1955年美國的 的機(jī)械電刷的專利，標(biāo)志著現(xiàn)代無刷直流電動機(jī)的誕生。在 1978年漢諾威貿(mào)易博覽會上，前聯(lián)邦德國的 MANNESMANN公司正式推出了 MAC無刷直流電動機(jī)及其驅(qū)動器，引起了世界各國的關(guān)注，隨即在國際上掀起了研制和生產(chǎn)無刷直流系統(tǒng)的熱潮，這業(yè)標(biāo)志著無刷直流電動機(jī)走向?qū)嵱秒A段。 1986年， ，指出了無刷直流電動機(jī)的研究領(lǐng)域，成為無刷直流電動機(jī)的經(jīng)典文獻(xiàn)，標(biāo)志著無刷直流電動機(jī)在理論上走向成熟。 1987年，在北京舉辦的聯(lián)邦德國金屬加工設(shè)備展覽會上， SIEMENS和 BOSCH兩公司展出了永磁自同步伺服系統(tǒng)和驅(qū)動器，引起了國內(nèi)有關(guān)學(xué)者的廣泛注意，自此 國內(nèi)掀起了研制開發(fā)和技術(shù)引進(jìn)的熱潮。 第二節(jié) 無刷直流永磁電動機(jī)與有刷直流永磁電動機(jī)的比較 表 11 無刷直流永磁電動機(jī)與有刷直流永磁電動機(jī)的比較 項目 無刷直流電動機(jī) 有刷直流電動機(jī) 換向 借助轉(zhuǎn)子位置傳感器實現(xiàn)電子換向 由電刷和換向器進(jìn)行機(jī)械換向 維護(hù) 由于沒有電刷和換向器，很少需要維護(hù) 需要周期性維護(hù) 壽命 比較長 比較短 機(jī)械（速度 /力矩） 特性 平（硬）在負(fù)載條件下能在所有速度上運行 中等平（中等硬）。這種優(yōu)異的熱傳導(dǎo)特性允許減小電動機(jī)的尺寸，所以輸出功率 /外形尺寸之比高 中等 /低。因為永磁體設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，改善了動態(tài)響應(yīng) 轉(zhuǎn)自慣量高，限制了動態(tài)特性 速度范圍 比較高。 圖 11 無刷直流電動機(jī)工作原理示意圖 如圖 11所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（順時針）到圖 a所示的位置時，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，使 T T6 導(dǎo)通，即 A、 B兩相繞組通電，電流從電源的正極流出，經(jīng) T1流入 A相繞組，再從 B相繞組流出，經(jīng) T6回到電源的負(fù)極，此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動。 在次期間，轉(zhuǎn)子始終受到順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)?？梢姡姍C(jī)有 6種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導(dǎo)通，每相繞組的導(dǎo)通時間對應(yīng)于 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 120電角度。 二、 無刷直流電動機(jī)與輸出開關(guān)管換流信號 無刷直流電動機(jī)的位置一般采用三個在空間上相隔 120電角度的霍爾位置傳感器進(jìn)行檢測，當(dāng)位于霍爾傳感器位置處的磁場極性發(fā)生變化時，傳感器的輸出電平將發(fā)生改變，由于三個霍爾傳感器位檢測元件的位置在空間上各差 120電角度，因此從這三個檢測元件輸出端可以獲得三個在時間上互差 120度、寬度為 180度的電平信號，分別用 A、 B、 C來表示，如圖 12所示，以信號 A為例 ， A相位置寬度為 180電導(dǎo)角：在 060度， T1必須導(dǎo)通，故 T1狀態(tài)為 1，而 C相還剩下 60度通電寬度，所以此段時間為 T1和 T6等于 1，（此時下部可供導(dǎo)通的管子為 T T6和 T2，而為避免橋臂直通， T4不能導(dǎo)通；T2的導(dǎo)通時間未到，故只能是 T6導(dǎo)通）；而在 60度 — 120度，此時只有 A相通電， B和 C相處于非導(dǎo)電期，故導(dǎo)通的開關(guān)管為 T1和 T2（ T1和 T2等于 1），其中 T2是為 B相導(dǎo)電作準(zhǔn)備；而在 120度 — 180度時，由于 每一相只有 120電導(dǎo)角導(dǎo)電時間，故此時 T1關(guān)斷（ T1=0）， T2仍然導(dǎo)通（ B相開始進(jìn)入導(dǎo)電 期），此時可知， T1關(guān)斷， T5不能開通（防止橋臂直通），則此時只能開通 T3，所以 T3信號此時間段為 1。 理論上，只要保證三個位置傳感器在空間上互差 120度，開關(guān)管的換流時刻總是可以推算出來的。同理，其他開關(guān)管的導(dǎo)通時刻也可以按 同樣方法確定。 5 圖 12 無刷電動機(jī)位置檢測及開關(guān)管驅(qū)動信號 表 12 無刷電動機(jī)直流通電控制方式開關(guān)切換表 旋轉(zhuǎn)方向 位置傳感器 逆變橋開關(guān)管驅(qū)動信號 A B C T1 T2 T3 T4 T5 T6 正轉(zhuǎn) 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 反轉(zhuǎn) 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 第四節(jié) 無刷直流電動機(jī)的運行特性 一、 機(jī)械 特性 無刷直流電動機(jī)的機(jī)械特性為： 22 2 2 2S T a s T ee e e tU U r I U U rnTC C C C? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? （ 11） UT開關(guān)器件的管壓降 Ia電樞電流 6 Ce電機(jī)的電動勢常數(shù) 每級磁通量 可見無刷直流電動機(jī)的機(jī)械特性與一般直流電動機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式相同，機(jī)械特性較硬。 圖 13 機(jī)械特性曲線簇 當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大、轉(zhuǎn)速較低時，流過開關(guān)管和電樞繞組的電流很大，這時，管壓降隨著電流增大而增加較快，使在電樞繞組上的電壓 有所減小，因而圖所示的機(jī)械特性曲線會偏離直線，向下彎曲。 圖 14 調(diào)節(jié)特性 調(diào)節(jié)特性的始動電壓和斜率分別為： 7 0 2 2e TTrTUUC ?