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1、直流无刷电机毕业设计毕业设计论文论文题目：直流无刷电机学生姓名：学生学号：专业班级：指导教师：日期：AbstractBrushless DC Motor摘要无刷直流电机是最近发展起来的结合了多 学科技术的一种新型电机，结合机电一体化，具 有高速度、高效率、高动态响应、高热容量和高 可靠性、免维护等优点，同时还具有低噪声和长 寿命等特点。非常适合使用在24小时连续运转 的产业机械及空调冷冻主机、风机水泵、空气压 缩机负载;低速高转矩及高频繁正反转不发热的 特性，更适合应用于机床工作母机及牵引电机的 驱动；其稳速运转精度比直流有刷电机更高,比矢 量控制或直接转矩控制速度闭环的变频驱动还 要高，性能
2、价格比更好，是现代化调速驱动的最佳 选择。目前无刷电机已广泛应用于各种领域，如医 疗仪器、分析仪器、材料处理、过程控制、机床 工业、纺织工业、轻工机械、电动自行车等。无刷直流电机的控制要比普通有刷电机的控制要复杂得多。目前直流电机的控制方法主要有 两种，一种是采用专用得直流电机控制芯片，如Motorola公司的MC33035；另一种控制方法各个 厂家根据自己的需求采用单片机或DSP进行开 发设计。本设计主要采用嵌入式单片机ATMEGA48 写入控制程序，从而形成一种高性能直流无刷电 机控制器。其不但能实现MC33035直流电机控 制芯片的全部功能，而且具有接口灵活，功能完 善，成本低廉、全数字
3、控制等优点，用户能根据 不同应用场合进行灵活配置。关键词：无刷直流电机、HALL、PWMAbstract错误!未定义书签。摘 要错误!未定义书签。第1章 直流无刷电机工作原理错误!未定义书签。1.2直流无刷电机的组成及工作原理错误!未定义书签。1.3无刷直流电机的位置检测方法错误!未定义书签。1.4无刷直流电动机控制系统中的PWM调速错误!未定义书签。第2章设计需求及设计的可行性分析错误!未定义书签。2.1设计要求错误!未定义书签。2.2课题的提出及意义错误!未定义书签。第3章 硬件设计错误!未定义书签。3.1无刷直流电机驱动器的总体结构设计错误!未定义书签。3.2原理图设计错误!未定义书签。
4、3.2单片机电路设计错误!未定义书签。3.3驱动电路设计错误!未定义书签。3.4输入输出控制部分电路设计错误!未定义书签。第四章系统软件设计错误!未定义书签。4.1无刷直流电机工作真值表错误!未定义书签。4.2控制软件设计错误!未定义书签。第五章 结束语错误!未定义书签。参考资料错误!未定义书签。致 谢错误!未定义书签。第1章 直流无刷电机工作原理1.1无刷马达与有刷马达比较之特征DC无刷马达的无接点化，虽然带来了各种的优点，但是最大的特征是因无电刷化，故不产 生杂音；此杂音不仅是机械的杂音，而且也包括 了电器的杂讯。另外，因为该马达没有机械的接 触部分，所以能够实现高带旋转型马达的长寿命 型
5、马达之要求。可以说，无刷马达就是无杂音马 达。DC有刷马达当作控制用马达时，具有非常 优越的特性。例如：急剧地加速性、大的起动扭 力、对电压变化之垂下特性、转输出扭力对输入 电流之直线性等。这些特性是非常重要的条件， 可说兼备了控制用马达所要求的所有特性。可是,这种优越马达之唯一最大的缺点就是利用电刷、整流子之机械接触部分。但这却是 DC有刷马达在功能上不可缺少之元件，因为利 用这些元件马达才得以正常转动。然而，由于马 达在旋转中不断地重复滑动作用，所以整流子之 磨损也相继加快。因此，金属粉末和黑铅便会飞 散,明显地缩短了马达的寿命;若磨损恶化的话, 在整流子间，就会产生异常的电弧，而且会引起
6、 跳火现象。所以，很明显的，无电刷马达的寿命 较长。总之，DC有刷马达在结构上，总难免会在 旋转中产生火花，因此会给周边元件带来很大的 影响。尤其是在易燃性气体中使用时，防爆对策 则成为很能够大的问题。根据上述之理由，将DC马达无刷化实且有非常大之意义。根据DC马达之无刷化，可实现DC无刷马达之免维修特色。也就是说，不需维修且寿命长的马达。1.2直流无刷电机的组成及工作原理无刷直流电机是由电动机本体、位置传感器 和功率变换器三部分组成。图1-1为一台典型的 三相桥式永磁无刷直流电机原理图。图中Q1- Q6为电力电子开关器件，常用IGBT, MOSFET 和GTR。电机本体由定子和转子两部分构成
7、， 磁钢贴在转子上与转子同轴旋转；电枢绕组装在 定子上，可以是类似交流电机的重叠绕组，也可 以是含极靴的非重叠绕组。三相电压、电流及反 电势正方向如图所示，口为定、转子磁势夹角的 电角度。根据位置传感器检测的转子位置，永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差1200的U、V、W方波，结合正/反转信号产生有效的6状态编码信号:101、 100、 110、 010、011、001，通过逻辑组件处理产生T1T4导通、T1T6导通、T3T6导通、T3T2导通、T5T2导通、T5T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在 A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上,这样转子每转过一对
8、N-S极,T1T6功率管即按固定组合成6种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改 变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转 动600电角度，转子跟随定子磁场转动相当于 600电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的 编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产 生的磁场轴再前进600电角度，如此循环，无刷 直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋 转。PvVh/14 C+PAM2QO02C-4DC-Hall AYl mHall C图1-1无刷直流电机工作原理图 无刷直流电机的电子换向线路是用来控制电机定子上上各相绕组通电的顺序和时 间的，
9、主要由功率开关单元和位置传感器的 信号处理单元两个部分组成。1.3无刷直流电机的位置检测方法随转子不同位置相应改变其不同触发状态来实 现的。因此准确检测转子位置并根据转子位置准 时切换功率器件触发组合状态是控制无刷直流 电机的关键。转子的位置检测装置最直接、有效 是利用位置传感器得到不同位置信号经门电路、模拟开关或专用芯片可得到不同触发逻辑信号， 实现触发状态的自动切换。本设计系统中位置传 感器采用HALL传感器实现。1.4无刷直流电动机控制系统中的PWM调速脉宽调制即 PWM (Pulse Width Modulation)控制就是对脉冲宽度进行调制的技 术，即通过对一系列的脉冲宽度进行调制
10、，来等 效地获得所需波形。PWM驱动是利用大功率管 的开关特性，按固定频率来接通和断开，并根据 需要改变一个周期内“接通”与“断开“时间的长 短，通过改变无刷直流电动机定子绕组上电压脉 冲的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电 动机的转速。题目设计内容简介主要任 务验收标准第2章设计需求及设计的可行性分析21设计要求数字超声波发生器的设计无刷电机广泛应用于各种领域，如医疗 仪器、分析仪器、材料处理、过程控制、 机床工业、纺织工业、轻工机械、电动 自行车等。本设计主要采用嵌入式单片 机ATMEGA48写入控制程序，从而形 成一种高性能直流无刷电机控制器 SZPT33035。其不但能实现MC33
11、035 直流电机控制芯片的全部功能，而且具 有接口灵活，功能完善，成本低廉、全 数字控制等优点，用户能根据不同应用 场合进行灵活配置。(1) 正确设计原理图(2) 采购元器件焊接元器件(4) 调通硬件(5) 设计软件，电机正常运转(1)原理图元器件电路版(4)调试完成的成品板主要性能指标2.可以选择在60/120或120/240的传位角；、过流关断保护等功3.能；4.具有与微控制器SPI通信接口;2.2课题的提出及意义无刷直流电机是最近发展起来的结合了多 学科技术的一种新型电机，结合机电一体化，具 有有低噪声和长寿命等特点。目前无刷电机已广 泛应用于各种领域，如医疗仪器、分析仪器、材 料处理、
12、过程控制、机床工业、纺织工业、轻工1=1 IJ o无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成， 是一种典型的机电一体化产品。无刷直流电机的 控制要比普通有刷电机的控制要复杂得多。目前 直流电机的控制方法主要有两种，一种是采用专 用得无刷直流电机控制芯片，如Motorola公司的 MC33035；另一种控制方法各个厂家根据自己的 需求采用单片机或DSP进行开发设计。采用Motorola公司的MC33035专用控制芯片 具有接口简单优点，但其外部接口少，控制灵活 性差，控制方式单一等缺点，而且成本较高，目 前其成本每片在12元以上。而采用通用单片机或 DSP进行设计，虽然灵活性好，但产品开发周期 长，
13、对开发人员要求高，综合成本高。本创新设计主要采用嵌入式单片机ATMEGA48写入控制程序，从而形成一种高性能专用直流无刷电机控制器SZPT33035。其不但 能实现MC33035直流电机控制芯片的全部功能， 而且具有接口灵活，功能完善，成本低廉、全数 字控制等优点，用户能根据不同应用场合进行灵 活配置。主要创新点:采用通用单片机灌入程序，形成专用无刷电机芯片SZPT3305, 具有开发成本低廉、芯片可 靠性高； SZPT33035可以控制3相或四相无刷直流电机； SZPT33035提供6路桥式MOSFET驱动接口,3路HALL传感器输入接口； SZPT33035具有过流检测电路输入比较电路,检
14、测过流，自动关闭MOSFET输出； SZPT33035提供I2C接 口与MCU进行通信控 制，通信时钟可达400Kbps。 SZPT33035具有高可靠性，内置振荡和上电复 位以及看门狗电路； SZPT33035具有启动、停止、正反转，变速控 制输入接口； SZPT33035可 以选择在60。/120。或 120。/240。的传感器相位角；工作电压为18V55V; SZPT33035提供DIP28、QFP32两种封装；SZPT33035芯片成本在6元以内。销售价 格在12元左右，具有很强的竞争力。第3章硬件设计31无刷直流电机驱动器的总体结构设计本设计的无刷直流电机驱动器由单片机控 制部分、直
15、流电机功率驱动部分及霍尔信号检测 部分及控制按键输入、输出指示等部分组成。如 图31所示。图31无刷直流电机驱动器的总体结构图3.2原理图设计无刷直流电机驱动器原理图如图3 2所 示。单片机的6路PWM输出控制电机驱动MOS 管，无刷直流电机的霍尔信号送入单片机作为换 向的依据。从电机转子位置检测器送来的三相位置检 测信号(SA, SB, SC)方面送入单片机，经单 片机结合正反转控制端、起停控制端、制动控制 端、电流检测端等控制逻辑信号状态，经过运算 后，产生逆变器三相上、下桥臂开关器件的6路 原始控制信号，其中，三相下桥开关信号还要按 无刷直流电机调速机理进行脉宽调制处理。处理 后的三相下桥PWM控制信号(AT, BT，CT，) 经过驱动电路整形、放大后，施加到逆变器的6 个开关管上，使其产生出供电机正常运行所需的 三相方波交流电流。3.2单片机电路设计HALL
