无刷电机驱动器.docx
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无刷电机驱动器
常州工学院
课程设计报告
课题:
无刷电机驱动器
班级:
姓名:
学号:
指导老师:
王雁平
目录
1直流无刷无霍尔电机原理.......................................................1
2总体设计方案...................................................................3
3硬件设计...................................................................................4
3.1电源模块........................................................................4
3.2驱动电路........................................................................5
4心得体会...................................................................................6
5附录...........................................................................................6
5.1元件清单........................................................................6
5.2原理图............................................................................7
5.3PCB图.............................................................................9
1、直流无刷无霍尔电机原理
无刷直流电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。
电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。
电动机的转子上粘有已充磁的永磁体,为了检测电动机转子的极性,在电动机内装有位置传感器。
驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是:
接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控制和调整转速;提供保护和显示等等。
普通直流电动机的电枢在转子上,而定子产生固定不动的磁场。
为了使直流电动机旋转,需要通过换向器和电刷不断改变电枢绕组中电流的方向,使两个磁场的方向始终保持相互垂直,从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转。
无刷直流电动机为了去掉电刷,将电枢放到定子上去,而转子制成永磁体,这样的结构正好和普通直流电动机相反;然而,即使这样改变还不够,因为定子上的电枢通过直流电后,只能产生不变的磁场,电动机依然转不起来。
为了使电动机转起来,必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电,这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化,使定子磁场与转子永磁磁场始终保持左右的空间角,产生转矩推动转子旋转。
无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比较
项目
无刷直流电动机
有刷直流电动机
换向
借助转自子位置传感器实现电子换向
由电刷和换向器进行机械换向
维护
由于没有电刷和换向器,很少需要维护
需要周期性维护
寿命
比较长
比较短
机械(速度/力矩)
特性
平(硬)在负载条件下能在所有速度上运行
中等平(中等硬)。
在较高速度上运行时,电刷摩擦增加,有用力矩减小
效率
由于没有电刷压降,所以效率高
中等
输出功率/外形尺寸之比高
由于电枢绕组设置在与机壳相连的定子上,容易散热。
这种优异的热传导特性允许减小电动机的尺寸,所以输出功率/外形尺寸之比高
中等/低。
电枢产生的热量消散在气隙内,这样增加了气隙温度,从而限制了输出功率/外形尺寸之比
2、总体设计方案
本系统由控制器、电源模块和JY01A驱动IC等硬件电路部分以及相应的软件部分构成。
本设计采用控制器作为主控芯片,用编程的方法来模拟无刷电机的控制逻辑,其特点是使用灵活,通过修改程序可适应不同规格的无刷电机,增加系统功能方便,JY01A驱动电路,具备调速,正反转,过流保护,短路保护,欠压保护等功能,工作稳定,防干扰能力强等特点。
电源电路给控制器和驱动电路提供36V电
3、硬件电路
3.1电源模块
电源电路图
无刷直流驱动电路的无刷直流电机使用的是定子绕组,而不是有刷直流电机所使用的转子绕组。
机械换向器/电刷系统由电子换向器(即无刷直流驱动电路)所取代。
该驱动电路将直流电源电压切换到电机绕组。
多数无刷直流电机有3个绕组,并采用星形连接。
星型点在内部连接,因此仅有三条线延伸出去。
应用PWM(脉冲宽度调制)的驱动电路可以改变转子的平均电压来控制速度。
永久磁体位于转子内。
3个内嵌于定子的的霍尔传感器用来测量转子的角位置。
每当转子磁极靠近霍尔传感器时,霍尔传感器就会产生一个高信号或低信号,表明N极或S极转过。
这些信号使得驱动电路找到3个绕组的最佳切换时间。
3.2驱动电路
Ha,Hb,Hc输入端,内有上拉电阻,约30KΩ左右
电流检测回路,一般应用Ri=10K,Ci=104P,电流采样电阻R选值参考R=0.05/(W/V)式中:
0.05常数,如:
工作电压12V,电机功率30WR=0.02(20mΩ)
在无霍尔驱动中,反电动势信号经过L339处理后的相位不能搞错(MA—Ha;MB—Hb;MC—Hc)
驱动门电路,建议使用IR2101S做为驱动门,起到隔离与电平转换作用
VCC电源滤波电容C,一般按C=W/V*100式中:
工作电压12V,电机功率10W,实际C=83uF,按照滤波电容的选型原则,向上选用标称值为100uF电容。
4、心得体会
这次课程设计是一次非常好的锻炼机会,通过这段时间的学习,发现了自己的很多缺点,自己知识的不牢固,看到了自己的实践经验更是比较缺乏,理论联系实际的能力还急需提高,也深刻领会到合作的重要性。
课程设计是培养学我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程.此次无刷无霍尔直流电动机的课程设计,我仍体会颇深。
从中学到很多的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
在硬件电路的设计过程中,这次的元器件与以往的元器件有了一些不同,看到那么多的贴片电阻的焊接我明白了焊接电路需要很大的技巧,例如焊接贴片电阻时应先上锡在板子上然后再放入电阻,焊接高低不一样的元器件时应该先焊接高度低的,再焊接高度低的等。
虽然这只是一些小的细节的问题,但是掌握了就能事焊接电路很顺利。
同时通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的很多的不足,自己知识的很多漏洞,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
虽然这只是一次的较简单的课程设计,可是也花费了我们不少的时间。
这次的课程设计虽然有点难度,但让我受益匪浅,这次学习对于我们没有真正实践经验的同学来说,是一次成长的机会,使我对直流电动机又有了一些更深刻的认识。
5.附录
5.1元件清单
序号
名称
规格
数量
1
贴片电阻
4.7K
4
2
贴片电阻
1K
10
3
贴片电阻
10K
6
4
贴片电阻
30K
3
5
贴片电阻
0.1K
1
6
贴片电阻
2.2K
1
7
电解电容
2200uf
1
8
电解电容
1000uf
1
9
电解电容
470uf
1
10
贴片电容
104uf
9
11
贴片电容
474uf
1
5.2原理图
5.3PCB图
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- 关 键 词:
- 电机 驱动器