無(wú)刷無(wú)霍爾直流電機(jī) ma

1、目 錄1直流無(wú)刷無(wú)霍爾電機(jī)原理.22 總體設(shè)計(jì)方案.33 硬件設(shè)計(jì).4 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng).4 3.2 電源模塊.5 3.3 JY01A驅(qū)動(dòng)IC.5 4小結(jié).75 附錄.8 5.1 程序.8 5.2主程序流程圖.11 5.3 元件清單.12 5.4 原理圖.13 5.5 PCB圖.141. 直流無(wú)刷無(wú)霍爾電機(jī)原理 無(wú)刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 電動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體 ，為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)

2、的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來(lái)控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)，用來(lái)控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。普通直流電動(dòng)機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，而定子產(chǎn)生固定不動(dòng)的磁場(chǎng)。為了使直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，需要通過(guò)換向器和電刷不斷改變電樞繞組中電流的方向，使兩個(gè)磁場(chǎng)的方向始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不斷旋轉(zhuǎn)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)為了去掉電刷，將電樞放到定子上去，而轉(zhuǎn)子制成永磁體，這樣的結(jié)構(gòu)正好和普通直流電動(dòng)機(jī)相反；然而，即使這樣改變還不夠，因?yàn)槎ㄗ由系碾姌型ㄟ^(guò)直流電后，只能產(chǎn)生不變的磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)依然轉(zhuǎn)不起來(lái)。為

3、了使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)，必須使定子電樞各相繞組不斷地?fù)Q相通電，這樣才能使定子磁場(chǎng)隨著轉(zhuǎn)子的位置在不斷地變化，使定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)始終保持左右的空間角，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。2.總體設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源模塊和JY01A驅(qū)動(dòng)IC等硬件電路部分以及相應(yīng)的軟件部分構(gòu)成。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為主控芯片，用編程的方法來(lái)模擬無(wú)刷電機(jī)的控制邏輯，其特點(diǎn)是使用靈活，通過(guò)修改程序可適應(yīng)不同規(guī)格的無(wú)刷電機(jī)，增加系統(tǒng)功能方便，JY01A驅(qū)動(dòng)電路，具備調(diào)速，正反轉(zhuǎn)，過(guò)流保護(hù)，短路保護(hù)，欠壓保護(hù)等功能，工作穩(wěn)定，防干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。電源電路給單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路提供36V電壓。3.硬件電路 3.1 單片機(jī)最小系

4、統(tǒng) 單片機(jī)基本系統(tǒng)包括：89C52及其復(fù)位電路、晶振電路和鍵盤電路、LED 8位數(shù)碼管共陽(yáng)顯示電路、流水燈電路、蜂鳴器電路、繼電器電路、MAX232串口通信電路。3.2電源模塊電源電路電源電路圖如圖所示，36V電池送入U(xiǎn)13、U14、U15穩(wěn)壓器輸出+15V和+5V給單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)供電。電源部可以直接以直流電輸入(一般為24V)或以交流電輸入(110V/220 V)，如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器(converter)轉(zhuǎn)成直流。不論是直流電輸入或交流電輸入要轉(zhuǎn)入電機(jī)線圈前須先將直流電壓由換流器(inverter)轉(zhuǎn)成3相電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。換流器(inverter)一般由6個(gè)功率晶體管(Q1Q6)分

5、為上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)連接電機(jī)作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開(kāi)關(guān)?？刂撇縿t提供PWM(脈沖寬度調(diào)制)決定功率晶體管開(kāi)關(guān)頻度及換流器(inverter)換相的時(shí)機(jī)。直流無(wú)刷電機(jī)一般希望使用在當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會(huì)變動(dòng)太大的速度控制，所以電機(jī)內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場(chǎng)的霍爾傳感器 (hall-sensor)，做為速度之閉回路控制，同時(shí)也做為相序控制的依據(jù)。但這只是用來(lái)做為速度控制并不能拿來(lái)做為定位控制。3.3 驅(qū)動(dòng)電路1) Ha,Hb,Hc輸入端，內(nèi)有上拉電阻，約30K左右 2) 電流檢測(cè)回路,一般應(yīng)用Ri =10K，Ci = 104P，電流采樣電阻R選值參考 R =

6、0.05/( W/V) 式中：0.05常數(shù)，如：工作電壓12V，電機(jī)功率30W R =0.02( 20m) 3) 在無(wú)霍爾驅(qū)動(dòng)中，反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)經(jīng)過(guò)L339處理后的相位不能搞錯(cuò)（MAHa；MBHb；MCHc） 4) 驅(qū)動(dòng)門電路，建議使用IR2101S做為驅(qū)動(dòng)門，起到隔離與電平轉(zhuǎn)換作用 5) VCC電源濾波電容 C，一般按 C = W/V*100式中：工作電壓12V ，電機(jī)功率 10W，實(shí)際C = 83uF，按照濾波電容的選型原則，向上選用標(biāo)稱值為100uF電容。4.小結(jié)這次課程設(shè)計(jì)是一次非常好的鍛煉機(jī)會(huì),歷時(shí)兩個(gè)星期左右，通過(guò)這一個(gè)星期的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識(shí)的不怎么牢固，看到了自

7、己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)更是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)我們實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程. 此次電機(jī)課程設(shè)計(jì)，我仍體會(huì)頗深。從中學(xué)到很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的很多的不足，自己知識(shí)的

8、很多漏洞，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。雖然這只是一次的較簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，可是也耗費(fèi)了我們不少的心血。無(wú)論如何，就當(dāng)它是一次電機(jī)的綜合復(fù)習(xí)課吧！同時(shí)也作了一次很好的復(fù)習(xí)！感激學(xué)校讓我有這次學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，讓我受益匪淺，這次學(xué)習(xí)對(duì)于我們沒(méi)有真正實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)來(lái)說(shuō)，絕對(duì)是一次成長(zhǎng)的機(jī)會(huì)5.附錄 5.1 程序#include<reg51.h>#include<absacc.h>#include<intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charchar gw,sw,bw,

9、qw;uchar j;/定時(shí)次數(shù)，每次20msuchar f=5;/計(jì)數(shù)次數(shù)sbit P30=P30;/PWM脈沖 輸出信號(hào) sbit P31=P33;/INT1用于速度脈沖信號(hào)檢測(cè) 輸入信號(hào)sbit p11=p12;/正反轉(zhuǎn) 輸出信號(hào) sbit p10=p10;/k1 啟動(dòng) 、停止 sbit p11=p11;/k2 減速 sbit p32=p32;/k3 加速 sbit p33=p33;/k4 正反轉(zhuǎn) uchar k;uchar a,b;uchar l;/占空比等級(jí) uchar flag=0;/啟停標(biāo)志，初始為停止?fàn)顟B(tài) uchar t=6;/脈沖加減unchar code smg=;/定義字

10、型碼表char data led4=0x08,0x04,0x02,0x01;/位碼uint x;/數(shù)碼管顯示的數(shù)值display();/數(shù)碼管顯示 delays();/延時(shí)函數(shù) key();/按鍵檢測(cè) main(void) IE=0x8f;/允許INT0、INT1、T0、T1中斷 TMOD=0x11;/T0、T1均為 定時(shí) Model 1 TCON=0x04;/INT1 脈沖觸發(fā) TH0=0xb1;/T0 定時(shí)20ms TL0=0xe0; TH1=0xfc;/T1 定時(shí)1ms TL1=0x18; TR1=1;/ 啟動(dòng)T1 TR0=1;/啟動(dòng)T0 a=0; b=10; gw=sw=bw=qw=0

11、;/數(shù)碼管初始化 p2=0x00; display(); void t0() interrupt 1 using 2 TH0=0xb1;/重裝T0 TL0=0xe0; a+; if(a=20) a=0; if(a<b) p30=1; else p30=0; l=b/20; /占空比等級(jí)計(jì)算 x=300*5*l;/計(jì)算轉(zhuǎn)速 display();/顯示轉(zhuǎn)速 void exint0(void) interrupt 0 b+;/增大占空比，電機(jī)加速 if(b>19) b=19;/占空比等級(jí)最大為19 void exint1(void) interrupt 0 b-;/減小占空比，電機(jī)減速

12、if(b<1) b=1;/占空比等級(jí)最小為1 void t1() interrupt 1 using 1 TH0=0xfc;/重裝T1 TL0=0x18; display()uchar i; gw=x%10; /求速度個(gè)位值，送到個(gè)位顯示緩沖區(qū) sw=(x/10)%10; /求速度十位值，送到十位顯示緩沖區(qū) bw=(x/100)%10; /求速度百位值，送到百位顯示緩沖區(qū) qw=x/1000; /求速度千位值，送到千位顯示緩沖區(qū) for(i=0;i<4;)P3=ledi; if(i=0) /顯示個(gè)位P2=smggw; delays(); else if(i=1) /顯示十位P2=s

13、mgsw; delays(); else if(i=2) /顯示百位 P2=smgbw; delays(); else if(i=3) /顯示千位 P2=smgqw; delays(); i+; delays()uchar i; for(i=5000;i>0;i-) key() if(p10=0) while(!p10)/去抖動(dòng) flag+; if(flag%2=0) EA=0;/停止 else IE=0x8a;/啟動(dòng) if(p11=0)/減速 while(!p11) if(t>0) t-; else t=0; if(p32=0)/加速 while(!p32) if(t<10) t+; else t=9; if(p33=0)/正反轉(zhuǎn) while(!p33) k=k; 5.2 流程圖5.3元件清單元件清單序號(hào)名稱單價(jià)數(shù)量合計(jì)1電源PCB9.319.32電源線3133保險(xiǎn)座0.710.74電源開(kāi)關(guān)0.8410.845橡膠腳0.0850.46電解0.810.87長(zhǎng)銅柱0.8543.48短銅柱0.483.29螺絲0.32144.4810螺母0.210.211插座0.2132.