无刷直流电机控制器设计【文献综述】.doc

1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电气工程及自动化 无刷直流 电机 控制 器设计 摘要： 无刷直流电动机是随着电力电子技术发展而得到广泛应用的一种新型电机 ， 它避免了直流电机机械换向所带来的噪声和火花 ， 同时保持了直流电机良好的起动特性和调速特性1。 无刷直流电机既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电机的运行效率高、调速性能好等诸多优点，因此无刷直流电机得到广泛的应用 1。本文设计采用无刷直流电机专用控制芯片 MC33035 为控制芯片，以功率器件 MOSFET 为开关器件驱动电机，实现对无刷直 流电机的控制。 关键词： 无刷直流电机、 MC33035

2、 1 引言 无刷直流电机是一种正快速普及的电机类型，它可在家用电器、汽车、航空航天、消费品、医疗、工业自动化设备和仪器等行业中使用 1。 无刷直流电机是一种典型的机电一体化产品 ， 它以电子换向取代机械刷和机械换向器 ， 技术上要优于有刷电机 1。 由于无刷电机没有电刷和机械换向器 ， 降低了电机 的 磨损 ，减 小了电刷与换向器接触的机械噪声 。 随着电力电子技术、现代控制理论、新型永磁材料的迅速发展和功率组件切换频率的加快 ， 无刷直流电机及其控制技术已有了突破性的进展 3。 2 无刷直流电机 的发展历程 永磁无刷直流电机是随着电机控制技术、电力电子技术和微电子技术的发展而出现的一种新型电

3、机。它是在有刷直流电机的基础上发展起来的，有刷直流电机具有运行效率高、调速性能好等诸多优点，在相当长的一段时间里，一直在运动控制领域占据主导地位 1。但是机械接触的电刷 -换向器存在着相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火花、无线电干扰以寿命短等致命弱点。 针对上述传统有刷电动机的弊病，早在本世纪 30 年代，就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的无刷直流电机，并取得了一定成果。但由于当时大功率电子 器件仅处于初级发展阶段，没能找到理想的电子换向元器件而无法推广使用。 1955 年，美国 D.哈里森等人首次申请了应用晶体管换向代替电动机机械换向的专利。这就是现代无刷直流电机的雏2 形。但由于该

4、电机尚无启动转矩而不能产品化。而后又经过人们多年努力，借助于霍尔元件来实现换向的无刷直流电机终于在 1962 年问世。随着电力电子工业的飞速发展，许多新型的高性能半导体功率器件，如 GRT、 MOSFET、 IGBT 等相继出现为无刷直流电机的广泛应用奠定了坚实的基础。 3 国内外关于 无刷直流电机 的应用状况 八十年代以前，国内对无刷直流 电机的研究几乎是空白。 1987 年，在北京举办的联邦德国技术加工设备展览会上， SIEMENS和 BOSCH两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了国内有关学者的广泛注意。进入九十年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件相继问

5、世，以及微处理器、大规模集成电路技术的发展，逆变装置也发生了根本性的变化。这些开关器件本身向着高频化、大容量、智能化方向发展，使无刷直流电机的关键部件逆变器的成本降低，且向高频化、小型化发展。无刷直流电机的应用和开发进入一个新阶段，目前正朝着超高速、高转矩、高功能 化、微型化方向发展 3。 经过多年的努力，目前，国内已有无刷直流电机的系列产品，形成了一定的生产规模。但是对于高性能实用无刷直流电机控制系统，国内目前已经形成系列产品的生产厂家较少。从无刷直流电机及其控制系统的设计和制造水平来看，我国与国际水平还有着比较大的差距3。 4 无刷直流电机控制器芯片 MC33035 MC33035是 Mo

6、torola公司为无刷直流电机闭环速度控制专门设计的集成电路 8。它包括了一个有限制特征，开环，三相或四相电动机控制系统所需要的全部功能。此外，它可控制直流有刷电机。该器件采 用双极型模拟工艺，在任何恶劣的工业环境条件下都能保证高品质和稳定性。该器件含一个应用于正确整流时序的一个转子位置译码器，可向传感器提供电源、并带温度补偿的参考电平，一个频率可编程锯齿波振荡器，一个完全可以访问的误差信号放大器，一个脉宽调制器比较器，三个集电极开路的顶端驱动输出和三个非常适合于驱动功率场效应管的大电流底部输入器 8。 MC33035内置的保护特性包括欠压锁定，由锁定关断构成的周期限流，内置热关断保护，以及方

7、便与微处理器相连的统一模式的错误指示 8。 典型电机的控制功能还包括开环速度控制，正 向或反向旋转，运转使能，阻尼式制动，此外， MC33035还有一个 60/120选择管脚，可以设置转子位置译码器使之适合 60或 120的传感器电气相位输入 8。 3 5 结论 目前随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率组件进行脉冲调制（ pulse width modulation，简称 PWM）控制电机已成为主流，现在国内一些公司相继推出了用于电机调速的数字信号处理（ DSP）芯片，在电冰箱、洗衣机、空调等家用电器领域及工业变频控制领域，以其结构紧凑、使用便捷

8、、可靠性高、功能强和成本低等优势而被广泛使用。 参考文献 1 张琛 . 直流无刷电动机原理及应用 M. 北京 : 机械工业出版社， 2004,7. 2 王兆安等 ， 电力电子技术 M.北京 :机械 工业出版社， 2004 3 郭庆鼎，赵希梅 . 直流无刷电动机原理与技术应用 M. 北京：中国电力出版社 ,2008，1 . 4 袁伟涛 , 张连凯 . 300V 无刷直流电机控制系统的设计 J. 博士专家论坛 , 2008.6. 5 杨国良 .无刷直流电机控制系统中的专用控制芯片及其应用设计 J . Electronic Component &Device Applications, 2007 年

9、 2 月， 9(2). 6 李忠文，安升辉 . 实用电机控制电路 M. 北京：化学工业出版社 ,2003,4. 7 王宏 . 无刷直流方波电机 PWM 控制器的设计 . 现代雷达 , 2002 , 11 (6) 8 潘建 . 无刷直流电机控制器 MC33035 的原理及应用 J.国外电子元器件 ,2003 年 8 月，8. 9 陈颖中 . MC33035、 MC33039 永磁无刷直流电机控制器设计 D .杭州：杭州商学院，2008 10 唐正勇 . 无刷电机驱动的电动自行车的控制系统设计 D . 成都：成都电子机械高等专科学校， 2010.5 11 Compter, J.: Electrical drives for precision engineering designs. In: specAmotor (2007) 12 Leonhart, W.: Control of Electrical Drives, 3rd edn. Springer, Heidelberg (2001)