CN105391355A - 基于mcs-51的无刷直流力矩电机控制器 - Google Patents

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Abstract

<b>本发明提供一种基于</b><b>MCS-51</b><b>的无刷直流力矩电机控制器，驱动器和直流无刷电机相连；直流无刷电机的反馈信号端与信号变换电路相连；信号变换电路与单片机相连；单片机与驱动器相连；开关主回路电路和单片机以及信号变换电路相连。当直流无刷电动机转动时读入到单片机内部的霍尔信号状态输出相应控制字，来控制电子开关主回路的电流换相以驱动直流无刷电动机运行。控制电路主要有三大部分组成：直流无刷电动机的开关主回路，信号变换电路</b><b>,</b><b>控制器电路组成。</b>

Description

基于MCS-51的无刷直流力矩电机控制器
技术领域
本发明涉及一种电机控制设备，特别涉及一种采用MCS-51的无刷直流力矩电机控制器。
背景技术
直流无刷电动机是近年来随着电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型直流电动机。它是现代工业设备、现代科学技术和军事装备中的重要的机电元件之一。无刷直流电动机是在有刷电动机的基础上发展起来的。1813年法拉第发现了电磁感应现象，奠定了现代电机的基本理论。十九世纪四十年代研制成功了第一台直流电动机。经过七十多年的发展，直流电动机才趋于成熟阶段。
由于直流无刷电动机是利用电子换相技术代替传统直流时机的电刷换向的一种新型直流电动机，所以无刷直流电动机的最大特点就是没有换向器和电刷组成的机械接触结构。加之，客观存在通常采用永磁体为转子，没有励磁损耗；发热的电枢绕组通常装在外面的定子上，这样热阻较小，散热容易。因此，无刷电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修方便。此外，它还具备直流电动机的运行效率高、调速性能好等诸多优点，随着高性能的电力电子器件和高性能磁性材料的问世，大大提高了直流无刷时机的性能，故直流无刷时机在当今国民经济各个领域，如医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用日益普及。
发明内容
本发明的目的是提供一种没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修方便的基于MCS-51的无刷直流力矩电机控制器。
本发明的目的是这样实现的：
基于MCS-51的无刷直流力矩电机控制器，其特征是：驱动器和直流无刷电机相连；直流无刷电机的反馈信号端与信号变换电路相连；信号变换电路与单片机相连；单片机与驱动器相连；开关主回路电路和单片机以及信号变换电路相连。
电机驱动电路采用三相Y联结全控电路，采用三三通电方式，每隔60°换相一次，每个功率管通电180°；它们的导通次序依次是VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3。
本发明的工作原理是当直流无刷电动机转动时读入到单片机内部的霍尔信号状态输出相应控制字，来控制电子开关主回路的电流换相以驱动直流无刷电动机运行。控制电路主要有三大部分组成：直流无刷电动机的开关主回路，主要是根据电动机的参数，选择能满足一定功率要求的功率管，使其能根据控制电路的输出信号正确地导通、断开。该部分已有现成电路；信号变换电路主要包括将从电动机出来的六路霍尔传感器的信号变换成与单片机兼容的三路位置信号和将从单片机出来的六路开关控制信号变换成与并关电路匹配的信号；控制器的软件使电路按照给定的逻辑工作。
电机驱动电路采用三相Y联结全控电路，在该电路中，的三相绕组为Y联结。VFl、VF2、…、VF6为六只MOSFET功率管，起绕组的开关作用。VFl、VF3和YF5为P沟道MOSFET，其栅极为低电平时导通，VF2、VF4和VF6为N沟道MOSFET其栅极为高电平时导通。
采用三三通电方式，每隔60°换相一次，每个功率管通电180°；它们的导通次序依次是VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3。当VF6VF1VF2导通时，电流从VFl管流入A相绕组，经B相和C相绕组(这时B、C两相绕组为并联)分别从VF6和VF2流出。这时流过B相和C相绕组的电流分别为流过A相绕组的一半，方向同A相，而大小为1．5Ta。经过60°电角度后，换相到VF1VF2VF3，即先关断VF6而后导通VF3(注意，一定要先关VF6而后通VF3，否则就会出现VF5和VF3同时通电，则电源被VF5VF3短路，这是绝对不允许的)。这时电流分别从VFl和VF3流入，经A相和B相绕组(相当产A相和B相并联)再流入C相绕组，经VF2流出。其方向与－C相向，转过了60°，大小仍然是1．5Ta。再经过60°电角度后，换相到VF1VF2VF3通电，而后依次类推。
程序执行的时候，按照以下步骤进行，首先初始化程序，然后进行延时0.1ms，以电动机的转速为2000转/分来计，转动一周要30ms，每60°需换向一次，每次换向时间间隔为0.5ms左右，而程序循环一周也只是0.05ms左右，由于单片机采用6MHZ的晶振，每个机器周期为2μs，50个机器周期就是0.1ms，所以可用采用延时的办法得到0.1ms的延时。之后进行正转反转状态检测，如果检测到电机正反转状态位一旦发生变化，那么就应使电机从正转变至反转或从反转变至正转，但如果仅根据这个状态就换向会使电机绕组瞬间通过很大的电流，有可能过热烧坏电机，所以设计了这一个子程序，进行缓冲实现电机平稳地切换转向。最后输出控制字。
有益效果：本发明是基于MCS-51的基础上，构架呈成的一种无刷直流力矩电机控制器，具有没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修方便的效果。
附图说明
图1为本发明的控制电路原理图。
图2为Y联结绕组三相全控桥式电路图。
图3为系统程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图进行说明。
实施例1
结合图1，图1为本发明的控制电路原理图；本发明的工作原理是当直流无刷电动机转动时读入到单片机内部的霍尔信号状态输出相应控制字，来控制电子开关主回路的电流换相以驱动直流无刷电动机运行。控制电路主要有三大部分组成：直流无刷电动机的开关主回路，主要是根据电动机的参数，选择能满足一定功率要求的功率管，使其能根据控制电路的输出信号正确地导通、断开。该部分已有现成电路；信号变换电路主要包括将从电动机出来的六路霍尔传感器的信号变换成与单片机兼容的三路位置信号和将从单片机出来的六路开关控制信号变换成与并关电路匹配的信号；控制器的软件使电路按照给定的逻辑工作。
实施例2
结合图2，图2为Y联结绕组三相全控桥式电路图。电机驱动电路采用三相Y联结全控电路，在该电路中，的三相绕组为Y联结。VFl、VF2、…、VF6为六只MOSFET功率管，起绕组的开关作用。VFl、VF3和YF5为P沟道MOSFET，其栅极为低电平时导通，VF2、VF4和VF6为N沟道MOSFET其栅极为高电平时导通。
采用三三通电方式，每隔60°换相一次，每个功率管通电180°。它们的导通次序依次是VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3。当VF6VF1VF2导通时，电流从VFl管流入A相绕组，经B相和C相绕组(这时B、C两相绕组为并联)分别从VF6和VF2流出。这时流过B相和C相绕组的电流分别为流过A相绕组的一半，方向同A相，而大小为1．5Ta。经过60°电角度后，换相到VF1VF2VF3，即先关断VF6而后导通VF3(注意，一定要先关VF6而后通VF3，否则就会出现VF5和VF3同时通电，则电源被VF5VF3短路，这是绝对不允许的)。这时电流分别从VFl和VF3流入，经A相和B相绕组(相当产A相和B相并联)再流入C相绕组，经VF2流出。其方向与－C相向，转过了60°，大小仍然是1．5Ta。再经过60°电角度后，换相到VF1VF2VF3通电，而后依次类推。
实施例3
结合图3，图3为系统程序流程图。
程序执行的时候，按照以下步骤进行，首先初始化程序，然后进行延时0.1ms，以电动机的转速为2000转/分来计，转动一周要30ms，每60°需换向一次，每次换向时间间隔为0.5ms左右，而程序循环一周也只是0.05ms左右，由于单片机采用6MHZ的晶振，每个机器周期为2μs，50个机器周期就是0.1ms，所以可用采用延时的办法得到0.1ms的延时。之后进行正转反转状态检测，如果检测到电机正反转状态位一旦发生变化，那么就应使电机从正转变至反转或从反转变至正转，但如果仅根据这个状态就换向会使电机绕组瞬间通过很大的电流，有可能过热烧坏电机，所以设计了这一个子程序，进行缓冲实现电机平稳地切换转向，最后输出控制字。

Claims (2)

1.基于MCS-51的无刷直流力矩电机控制器，其特征是：驱动器和直流无刷电机相连；直流无刷电机的反馈信号端与信号变换电路相连；信号变换电路与单片机相连；单片机与驱动器相连；开关主回路电路和单片机以及信号变换电路相连。
2.根据权利要求1所述的基于MCS-51的无刷直流力矩电机控制器，其特征是：电机驱动电路采用三相Y联结全控电路，采用三三通电方式，每隔60°换相一次，每个功率管通电180°；它们的导通次序依次是VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3。
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