王丹

【摘要】 本文在分析煤礦用無刷直流電機(jī)原理和專用控制芯片（MC33035）功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以MC33035為核心的煤礦用無刷直流電機(jī)控制器，對(duì)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、電子測(cè)速單元和脈寬調(diào)制單元進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。煤礦用無刷直流電機(jī)控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定即安全特性好等特點(diǎn)，利用CAN通訊技術(shù)與上位機(jī)之間進(jìn)行通訊，為實(shí)現(xiàn)煤礦用無刷直流電機(jī)智能控制技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】 煤礦 電機(jī) MC33035 通信 測(cè)速

一、前言

開展煤礦電氣設(shè)備安全性能的研究，提高煤礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的安全性，對(duì)于保證煤礦安全生產(chǎn)、避免造成安全生產(chǎn)事故的隱患具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文首先對(duì)煤礦用無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，然后以無刷直流電機(jī)專用控制芯片MC33035為核心對(duì)煤礦用無刷直流電機(jī)的控制器進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)，最后利用對(duì)控制器的電子測(cè)速單元、脈寬調(diào)制單元等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

二、無刷直流電機(jī)

煤礦用無刷直流電機(jī)利用繞組通電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)和永磁體的磁場(chǎng)之間的相互作用，繞組電流根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置進(jìn)行合理換向，保證輸出持續(xù)轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。煤礦用無刷直流電機(jī)選用徑向充磁的瓦形永磁材料作為永磁體，對(duì)永磁體的空間布局進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，然后裝配到電機(jī)轉(zhuǎn)子上。在電機(jī)定子上纏繞規(guī)則的三相電樞繞組，由于永磁體的磁導(dǎo)率幾乎接近空氣，所以電樞反應(yīng)電感小，電機(jī)的輸出特性機(jī)械強(qiáng)度高。

三、控制器設(shè)計(jì)

控制器工作過程：控制按鈕將動(dòng)作指令發(fā)給專用控制芯片（MC33035），MC33035采集霍爾傳感器輸出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息，發(fā)出控制信號(hào)給隔離驅(qū)動(dòng)電路，使其發(fā)出穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)IGBT模塊的導(dǎo)通，使電機(jī)動(dòng)作?；魻杺鞲衅鲗?shí)時(shí)將檢測(cè)到的電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息傳遞給專用控制芯片，MC33035根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息在正確的時(shí)刻進(jìn)行換向，保證電機(jī)按持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)電子測(cè)速芯片（MC33039）將采集到的霍爾元件信號(hào)轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號(hào)反饋給單片機(jī)，形成速度的閉環(huán)控制。脈寬調(diào)制電路對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦用無刷直流電機(jī)速度控制，CAN通訊電路利用單片機(jī)和CAN控制器將控制器信息傳遞給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)控制器與計(jì)算機(jī)之間的通信，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

MC33035是MOTOROLA公司第二代高性能無刷直流電機(jī)專用芯片，采用雙極性模擬工藝制造，在任何惡劣的環(huán)境條件下仍然具有很高的穩(wěn)定性。芯片內(nèi)包含有誤差信號(hào)放大器、PWM脈沖調(diào)制放大器和3個(gè)集電極開路頂端驅(qū)動(dòng)輸出，還有用于正確整流時(shí)序的轉(zhuǎn)子位置譯碼器。MC33035帶有欠鎖定功能及欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、故障信號(hào)輸出、制動(dòng)輸入等功能，它是一種具有開環(huán)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)、以及運(yùn)行使能的電機(jī)控制小型專用系統(tǒng)。

脈寬調(diào)節(jié)單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)，選用TL494芯片來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)速度控制。TL494具有抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高以及價(jià)格便宜等特點(diǎn)。TL494由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等組成，通過調(diào)節(jié)相位校正和增益控制引腳的電壓，改變輸出信號(hào)的占空比，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

MC33039是一款高性能閉環(huán)速度控制芯片，專用于各種無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，常與MC33035芯片構(gòu)成無刷電機(jī)控制器。MC33039直接將三相無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器的三個(gè)方波輸入信號(hào)，經(jīng)F/V變換成正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓信號(hào)。當(dāng)電機(jī)加速時(shí)，輸出脈沖序列的平均電壓將會(huì)上升，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。

四、結(jié)束語

本文對(duì)煤礦用無刷直流電機(jī)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括控制器整體結(jié)構(gòu)、電子測(cè)速單元和脈寬調(diào)制單元等，控制器具有性能穩(wěn)定、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，滿足設(shè)計(jì)要求。煤礦用無刷直流電機(jī)屬于井下安全生產(chǎn)重要的設(shè)備，對(duì)其控制技術(shù)進(jìn)行研究對(duì)于保證礦井安全和推進(jìn)現(xiàn)代化礦井的建設(shè)具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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