時(shí)間:2017-12-26 10:43:23來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
1引言
隨著人們生活水平的提高,產(chǎn)品質(zhì)量、精度、性能、自動(dòng)化程度、功能以及功耗、價(jià)格問(wèn)題已經(jīng)是選擇家用電器的主要因素。永磁無(wú)刷直流電機(jī)既具有交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),又具備直流伺服電機(jī)那樣良好的調(diào)速特性而無(wú)機(jī)械式換向器,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種調(diào)速驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。MOTOROLA第二代電機(jī)控制專(zhuān)用芯片的出現(xiàn),給永磁無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速裝置的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的便利。這些芯片控制功能強(qiáng),保護(hù)功能完善,工作性能穩(wěn)定,組成的系統(tǒng)所需外圍電路簡(jiǎn)單,抗干擾能力強(qiáng),特別適用于工作環(huán)境惡劣,對(duì)控制器體積,價(jià)格性能比要求較高的場(chǎng)合。
2控制器結(jié)構(gòu)與原理
2.1控制器結(jié)構(gòu)
MC33035是MOTORLORA公司研制的第二代無(wú)刷直流電機(jī)控制專(zhuān)用集成電路,加上1片MC3309電子測(cè)速器將無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行F/V轉(zhuǎn)換,形成轉(zhuǎn)速反饋信號(hào),即可構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。外接6個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件組成三相逆變器,就可驅(qū)動(dòng)三相永磁無(wú)刷直流電機(jī),控制器電路構(gòu)成,如圖1所示,圖中S1控制電機(jī)轉(zhuǎn)向,S2控制系統(tǒng)起停,S3選擇系統(tǒng)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)運(yùn)行,S4控制系統(tǒng)制動(dòng),S5選擇轉(zhuǎn)
子位置檢測(cè)信號(hào)為60°或120°方式,S6控制系統(tǒng)的復(fù)位。電位器RP1用以設(shè)定所需電機(jī)轉(zhuǎn)速,發(fā)光二板管L1用作故障
指示,當(dāng)出現(xiàn)不正常的位置檢測(cè)信號(hào)、主電路過(guò)流、3種欠電壓之一(芯片電壓低于9.1V,驅(qū)動(dòng)電路電壓低于9.1V,基準(zhǔn)電壓低于4.5V)、芯片內(nèi)部過(guò)熱、起停端低電平時(shí),L1發(fā)光報(bào)警,同時(shí)自動(dòng)封鎖系統(tǒng)。故障排除后,經(jīng)系統(tǒng)復(fù)位才能恢復(fù)正常工作。
2.2控制原理
從電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器送來(lái)的三相位置檢測(cè)信號(hào)(SA,SB,SC)一方面送入)MC33035,經(jīng)芯片內(nèi)部譯碼電路結(jié)合正反轉(zhuǎn)控制端、起停控制端、制動(dòng)控制端、電流檢測(cè)端等控制邏輯信號(hào)狀態(tài),經(jīng)過(guò)運(yùn)算后,產(chǎn)生逆變器三相上、下橋臂開(kāi)關(guān)器件的6路原始控制信號(hào),其中,三相下橋開(kāi)關(guān)信號(hào)還要按無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速機(jī)理進(jìn)行脈寬調(diào)制處理。處理后的三相下橋PWM控制信號(hào)(Ar,Br,Cr)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路整形、放大后,施加到逆變器的6個(gè)開(kāi)關(guān)管上,使其產(chǎn)生出供電機(jī)正常運(yùn)行所需的三相方波交流電流。
另一方面,轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)還送入MC33039經(jīng)F/V轉(zhuǎn)換,得到一個(gè)頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號(hào)FB。FB通過(guò)簡(jiǎn)單的阻容網(wǎng)絡(luò)濾波后形成轉(zhuǎn)速反饋信號(hào),利用MC33035中的誤差放大器即可構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的P調(diào)節(jié)器,實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制,以提高電機(jī)的機(jī)械特性硬度。實(shí)際應(yīng)用中,還可外接各種PI,PD,調(diào)節(jié)電路以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。
3芯片功能
3.1MC33035結(jié)構(gòu)組成及功能
其主要組成部分包括:
(1)轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼電路;
(2)帶溫度補(bǔ)償?shù)膬?nèi)部基準(zhǔn)電源;
(3)頻率可設(shè)定的鋸齒波振蕩器;
(4)誤差放大器;
(5)脈寬調(diào)制(PWM)比較器;
(6)輸出驅(qū)動(dòng)電路;
(7)欠電壓封鎖保護(hù)芯片過(guò)熱保護(hù)等故障輸出;
(8)限流電路。
該集成電路的典型控制功能包括PWM開(kāi)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,適當(dāng)加上一些外圍元件,可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。
3.1.1轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼電路
該譯碼電路將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成六路驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào),三路上側(cè)驅(qū)動(dòng)輸出和三路下側(cè)驅(qū)動(dòng)輸出。它適合于集電極開(kāi)路的霍爾集成電路或光耦合電路等傳感器。輸入端腳4、5、6都設(shè)有提升電阻,輸入電路分TTL電路電平兼容,門(mén)檻電壓為2.2V。該集成電路適用于傳感器相位差為,60°、120°、240°、300°四種情況的三相無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。
由于3個(gè)輸入邏輯信號(hào),可有8種邏輯組合。其中6種正常狀態(tài)決定了電動(dòng)機(jī),個(gè)不同位置狀態(tài)。其余2種組合對(duì)應(yīng)于位置傳感不正常狀態(tài),即3個(gè)信號(hào)線(xiàn)開(kāi)路或?qū)Φ囟搪窢顟B(tài),此時(shí)腳14將輸出故障信號(hào)(低電平)。
用腳3邏輯電平來(lái)確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向。當(dāng)腳3邏輯狀態(tài)改變時(shí),傳感器信號(hào)在譯碼器內(nèi)將原來(lái)的邏輯狀態(tài)改變成非,再經(jīng)譯碼后,得到反相序的換向輸出,使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的起停控制由腳7使能端來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)腳7懸空時(shí),內(nèi)部有電流源使驅(qū)動(dòng)輸出電路正常工作。若腳7接地,3個(gè)上側(cè)驅(qū)動(dòng)輸出開(kāi)路(1狀態(tài)),3個(gè)下側(cè)驅(qū)動(dòng)輸出強(qiáng)制為低電平(0狀態(tài)),使電動(dòng)機(jī)失去激勵(lì)而停車(chē),同時(shí)故障信號(hào)輸出為零。
當(dāng)加到腳23上的制動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí),電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)操作。它使3個(gè)上側(cè)驅(qū)動(dòng)輸出開(kāi)路,下側(cè)3個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出為高電平,外接逆變橋下側(cè)3個(gè)功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通,使電動(dòng)機(jī)3個(gè)繞組端對(duì)地短接,實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)。芯片內(nèi)設(shè)一個(gè)四與門(mén)電路,其輸入端是腳23的制動(dòng)信號(hào)和上側(cè)驅(qū)動(dòng)輸出3個(gè)信號(hào),它的作用是等待3個(gè)上側(cè)驅(qū)動(dòng)輸出確實(shí)已轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)后,才允許3個(gè)下側(cè)驅(qū)動(dòng)輸出變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài),從而避免逆變橋上下開(kāi)關(guān)出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的危險(xiǎn),其控制真值表,如表1示。
3.1.2誤差放大器
該芯片內(nèi)設(shè)有高性能,全補(bǔ)償?shù)恼`差放大器。在閉環(huán)速度控制時(shí),該放大器的直流電壓增益為80dB,增益帶寬為0.6MHz,輸入共模電壓范圍從地到VREF(典型值為6.25V),可得到良好性能。作開(kāi)環(huán)速度控制時(shí),可將此放大器改接成增益為1的電壓跟隨器,即速度設(shè)定電壓從其同相輸入端腳11輸入。腳12~13短接。
3.1.3脈寬調(diào)制器
除非由于過(guò)電流或故障狀態(tài)使6個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出調(diào)閉鎖,在正常情況下,誤差放大器輸出與振蕩器輸出鋸齒波信號(hào)比較后,產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào),控制3個(gè)下側(cè)驅(qū)動(dòng)輸出。改變輸出脈沖寬度,相當(dāng)于改變供給電動(dòng)機(jī)繞組的平均電壓,從而控制其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。脈寬調(diào)制時(shí)序圖,如圖3示。
3.1.4電流限制
外接逆變橋經(jīng)一電阻Rs接地作電流采樣。采樣電壓由腳9和腳15輸入至電流檢測(cè)比較器。比較器反相輸入端設(shè)置有100mV基準(zhǔn)電壓,作為電流限流基準(zhǔn)。在振蕩器鋸齒波上升時(shí)間內(nèi),若電流過(guò)大,此比較器翻轉(zhuǎn),使下Rs觸發(fā)器重置,將驅(qū)動(dòng)輸出關(guān)閉,以限制電流繼續(xù)增大。在鋸齒波下降時(shí)間,重新將觸發(fā)器置位,使驅(qū)動(dòng)輸出開(kāi)通。利用這樣的逐個(gè)周期電流比較,實(shí)現(xiàn)了限流,若允許最大電流為Imax,則采樣電阻按下式選擇:
Rs=0.1/Imax為了避免由換相尖峰脈沖引起電流檢測(cè)誤動(dòng)作,在腳9輸入前可設(shè)置RC低通濾波器。
3.2MC33039電子測(cè)速器
MC33039是為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)閉環(huán)速度控制專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的集成電路,系統(tǒng)不必使用高價(jià)的電磁式或光電測(cè)速機(jī),就可實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速控制。它直接利用三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器3個(gè)輸出信號(hào),經(jīng)F/V變換成正比于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓。
從MC33039結(jié)構(gòu)圖圖4可知,腳1、2、3接收位置傳感器3個(gè)信號(hào),經(jīng)有滯后的緩沖電路,以抑制輸入噪聲。經(jīng)“或”運(yùn)算得到相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)每對(duì)極下6個(gè)脈沖的信號(hào)。再經(jīng)有外接定時(shí)元件CT和Rr的單穩(wěn)態(tài)電路,從腳5輸出的fout信號(hào)的
占空比與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān),其直流分量與轉(zhuǎn)速成正比,此信號(hào)在外接低通濾波器處理后,即可得到與轉(zhuǎn)速成正比的測(cè)速電壓。三相電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用時(shí)的波形圖中,fout是腳5輸出,Vout,(AVG)表示它的平均值,即直流分量。
4實(shí)驗(yàn)與結(jié)論
為了更好的驗(yàn)證前面理論的可行性及安全性,按設(shè)計(jì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
4.1準(zhǔn)備
實(shí)驗(yàn)的主要部分_控制電路,設(shè)計(jì)為MC33035和MC33039所組成的閉環(huán)系統(tǒng)。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制,我們對(duì)實(shí)驗(yàn)電路作了一些必要的調(diào)整,這些調(diào)整并沒(méi)有影響系統(tǒng)的功能以及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
首先要作調(diào)整的是電源。試驗(yàn)中選用的電機(jī)是三相六極電機(jī),n0=1500r/min,I0=10A,U0=50V。在供電電源和MC33035的腳17之間加入LM317穩(wěn)壓三端以保證MC33035的Vcc在許可的范圍內(nèi)。LM317是50V輸入、15V輸出的穩(wěn)壓三端。它的基本電路結(jié)構(gòu),如圖5示。
其次,該閉環(huán)速度控制系統(tǒng)中,用3個(gè)霍爾集成電路作轉(zhuǎn)子位置傳感器。用MC33035的腳8參考電壓(6.24V)作為它們的電源?;魻柤呻娐份敵鲂盘?hào)送至MC33039和MC33035。實(shí)驗(yàn)中的電動(dòng)機(jī)是六極的,從MC33039的腳5輸
出的脈沖數(shù)是電動(dòng)機(jī)每一轉(zhuǎn)輸出的3×6=18個(gè)脈沖。按電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速來(lái)選擇定時(shí)元件。實(shí)驗(yàn)中電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min即1500/60=25r/s。此時(shí)每秒輸出脈沖數(shù)是25×18=450個(gè)。即其頻率為450Hz,周期約為2.2ms。由MC33039說(shuō)明書(shū),取定時(shí)元件參數(shù)R1=1MΩ,C1=750PF,單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生脈沖寬度為95?s。腳8接MC33035的基準(zhǔn)電壓。腳5輸出經(jīng)電阻R3接MC33035的腳12,即誤差放大反相輸入端。放大器此時(shí)增益為10,電容C3,起濾波平滑作用。MC33035振蕩器參數(shù):R2=5.1kΩ,C2=0.01?F,PWM頻率約為24kHz。
另外,因無(wú)法做成圖1所示的NPN-PNP逆變橋。故用了N溝道的VMOS管,可組成六路逆變橋的電路,由于上側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)只能直接驅(qū)動(dòng)p溝道的VMOS管而下側(cè)可直接驅(qū)動(dòng)N溝道的VMOS管。因而上橋臂與逆變橋之間的電路中加入反相器將驅(qū)動(dòng)信號(hào)變非即可。組成后的電路圖,如圖6示。
4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)論
在電機(jī)實(shí)際操作之前,以手動(dòng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī),用萬(wàn)用表測(cè)量電機(jī)上設(shè)置的霍爾傳感器的三路輸出信號(hào)與MC33035輸出信號(hào)真值表是否一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果,如表2示。
手動(dòng)工作的結(jié)果:實(shí)驗(yàn)所得與理論真值表一致。
電機(jī)在電源驅(qū)動(dòng)情況下的實(shí)驗(yàn)波形,如圖7、8示。
兩圖中的上側(cè)曲線(xiàn)均為傳感器輸出的SB,圖7的下側(cè)曲線(xiàn)為Sc,圖8的下側(cè)曲線(xiàn)為SA。對(duì)照可知,實(shí)驗(yàn)輸出與理論相符。
測(cè)量電流波形時(shí),首先,將一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)逆變器的主回路引出,在電線(xiàn)上裝置電流傳感器,再接入一5Ω的測(cè)量電阻后接地。然后以示波器測(cè)量電流傳感器的電流,即流經(jīng)電阻的波形,即電機(jī)電流波形。如圖9示。
可是,圖9中的波形并不與理論。只是在周期內(nèi)的分布有點(diǎn)相同,但波形上區(qū)別較大。這是由于電機(jī)處于空載運(yùn)行所致。因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中,無(wú)刷電機(jī)是運(yùn)行在空載狀態(tài),逆變器的每一次換相,帶來(lái)的沖擊電流大于滿(mǎn)載狀態(tài)時(shí),沒(méi)有負(fù)載消耗平緩電流的波動(dòng)。
接著做起動(dòng)加速運(yùn)行的波形測(cè)試。實(shí)驗(yàn)以某一MC33035的上側(cè)驅(qū)動(dòng)輸出和MC33035的fout為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。測(cè)得的波形,如圖10,示。
理論上這一波形應(yīng)該是上側(cè)輸出的波形不因速度控制器的變動(dòng)而改變,而fout波形則應(yīng)該隨速度控制器的變動(dòng)而改變一周期內(nèi)脈沖的數(shù)量,從而改變電動(dòng)機(jī)兩端的平均電壓,改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
但由于試驗(yàn)中的種種客觀(guān)原因,導(dǎo)致了顯示的波形出現(xiàn)了缺相的現(xiàn)象。但圖中仍可看到下側(cè)的驅(qū)動(dòng)波每一周期的脈沖數(shù)量逐漸增加,即電機(jī)加速。
在故障測(cè)試中,用一電位器接入控制電路的電源輸入端,改變控制電路的電源電壓Vcc,看電路對(duì)故障信號(hào)的反應(yīng)。在試驗(yàn)過(guò)程中,電源電壓Vcc從15V不斷被調(diào)低,當(dāng)?shù)竭_(dá)10.5V左右時(shí),報(bào)警電路驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)亮,故障報(bào)警。
5結(jié)語(yǔ)
雖然在實(shí)驗(yàn)中,出現(xiàn)了一些與理論不太符合的現(xiàn)象,但總體來(lái)說(shuō),實(shí)驗(yàn)的結(jié)果基本達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果,證明了運(yùn)用小型無(wú)刷直流電機(jī)作家用傳動(dòng)裝置的實(shí)際可行性。
標(biāo)簽:
中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來(lái)源:中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨(dú)家所有。如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個(gè)人轉(zhuǎn)載使用時(shí)須注明來(lái)源“中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。
本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來(lái)源的稿件,均來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留稿件來(lái)源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。
產(chǎn)品新聞
更多>新品發(fā)布:CD300系列總線(xiàn)型伺服驅(qū)動(dòng)器
2024-10-31
2024-10-31
2024-10-31
纖薄之間,化繁為簡(jiǎn)|合信全新simple系...
2024-10-29
2024-10-18
推薦專(zhuān)題
更多>