技術(shù)頻道

本文根據(jù)項目參數(shù)要求，采用Microchip公司的PIC16F72單片機作為控制芯片，在硬件方面，進行了電源電路設(shè)計、系統(tǒng)硬件保護電路設(shè)計、三相全橋逆變電路設(shè)計、逆變器驅(qū)動電路設(shè)計。在軟件方面利用匯編語言，采用模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程。根據(jù)無刷直流電機的控制原理，對系統(tǒng)的控制部分進行了詳細(xì)分析。

無刷直流電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)的影響，在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。無刷直流電機控制器包括電源部分和控制部分，如圖1所示。電源部分提供三相電源給電機，控制部分則按照需求轉(zhuǎn)換電源頻率。電源部分可以直接以直流電輸入或者以交流電輸入，如果是以交流電輸入就需先經(jīng)轉(zhuǎn)換器(converter)轉(zhuǎn)成直流電。不論是直流電輸入或是交流電輸入，送入電機線圈前須先將直流電壓由逆變器(inverter)轉(zhuǎn)成三相電壓來驅(qū)動電機。逆變器一般由六個功率晶體管，分為上橋臂和下橋臂，連接電機作為控制流經(jīng)電機線圈的開關(guān)?？刂撇糠謩t提供PWM脈沖寬度調(diào)制信號決定功率晶體管開關(guān)頻率及逆變器換相的時機。對于無刷直流電機，當(dāng)負(fù)載變動時，一般希望速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會有太大的變動，所以電機內(nèi)部裝有霍爾傳感器(hall-sensor)，作為速度的閉回路控制，同時也作為相序控制的依據(jù)。

電機轉(zhuǎn)動由霍爾傳感器感應(yīng)到的電機轉(zhuǎn)子所在位置，決定開啟或關(guān)閉逆變器中功率晶體管的順序來控制，如圖2所示，逆變器中的AH, BH, CH(上橋臂功率晶體管)及AL, BL, CL(下橋臂功率晶體管)，使電流依序流經(jīng)電機線圈，產(chǎn)生順向或逆向旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子磁鐵產(chǎn)生的磁場相互作用，使電機順向或逆向轉(zhuǎn)動。當(dāng)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到霍爾傳感器感應(yīng)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，如此循環(huán)，電機就可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動.功率晶體管的開啟方法舉例如下:AH, BL一組—>AH, CL一組—>BH, CL一組—>BH, AL一組—>CH, AL一組—>CH、BL一組，但不能使AH, AL或BH, BL或CH, CL，即同相上下橋臂同時導(dǎo)通.此外，因為電子零件總有開關(guān)的響應(yīng)時間，所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯時間要將零件的響應(yīng)時間考慮進去，否則當(dāng)上臂(或下臂)尚未完全關(guān)閉，下臂(或上臂)就已開啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。設(shè)電機轉(zhuǎn)子位置傳感器采集的位置信號為Ha, Hb, Hc，分別對應(yīng)于逆變器的A相、B相、C相。