TB6612FNG简介及其与单片机的直流电机控制
系统设计
时间:2012-01-23 13:28:29 来源:电子设计工程作者:王建平卢杉武欢欢本设计中使用的TB6612FNG是一款新型驱动器件,能独立双向控制2个直流电机,它具有很高的集成度,同时能提供足够的输出能力,运行性能和能耗方面也具有优势,因此在集成化、小型化的电机控制系统中,它可以作为理想的电机驱动器件。
1 TB6612FNG简介
TB6612FNG是东芝半导体公司生产的一款直流电机驱动器件,它具有大电流MOSFET-H桥结构,双通道电路输出,可同时驱动2个电机。
TB6612FNG每通道输出最高1.2 A的连续驱动电流,启动峰值电流达2A/3.2 A(连续脉冲/单脉冲);4种电机控制模式:正转/反转/制动/停止;PWM支持频率高达100 kHz;待机状态;片内低压检测电路与热停机保护电路;工作温度:-20~85℃;SSOP24小型贴片封装。
如图1所示,TB6612FNG的主要引脚功能:AINl/AIN2、BIN1/BIN2、
PWMA/PWMB为控制信号输入端;AO1/A02、B01/B02为2路电机控制输出端;STBY为正常工作/待机状态控制引脚;VM(4.5~15 V)和VCC(2.7~5.5 V)分别为电机驱动电压输入和
逻辑电平输入端。
TB6612FNG是基于MOSFET的H桥集成电路,其效率高于晶体管H桥驱动器。相比L293D每通道平均600 mA的驱动电流和1.2 A的脉冲峰值电流,它的输出负载能力提高了一倍。相比L298N的热耗性和外围二极管续流电路,它无需外加散热片,外围电路简单,只需外接电源滤波电容
就可以直接驱动电机,利于减小系统尺寸。对于PWM信号,它支持高达100 kHz 的频率,相对以上2款芯片的5 kHz和40 kHz也具有较大优势。
2 电机控制单元设计
2.1 单元硬件构成
图2所示为TB6612FNG与AVR单片机组成的电机控制单元。单片机定时器产生4路PWM输出作为AIN1/AIN2和BIN1/BIN2控制信号,如图2中OCxA、0CxB对电机M1和M2的控制。采用定时器输出硬件PWM脉冲,使得单片机CPU只在改变PWM占空比时参与运算,大大减轻了系统运算负担和PWM软件编程开销。输入引脚PWMA、PWMB和STBY由I/0电平控制电机运行或制动状态以及器件工作状态。电路采用耐压值25 V的10μF电解电容和0.1μF的电容进行电源滤波,使用功率MOSFET对VM和VCC
提供电源反接保护。
2.2 电机控制的软件实现
脉宽调制方式产生占空比变化的PWM信号,通过对驱动器输出状态的快速切换,实现电机的速度控制。PWM占空比的大小决定输出电压平均值,进而决定电机的转速。文
中采用单极性、定频调宽的PWM调制方式,保证电机调速控制的稳定性。TB6612FNG的逻辑真值表如表1所示。该器件工作时STBY引脚置为高电平;IN1和IN2不变,调整PWM 引脚的输入信号可进行电机单向速度控制;置PWM引脚为高电平,并调整IN1和IN2的输入信号可进行电机双向速度控制。表中A、B两通道的控制逻辑相同。
单片机定时器PWM输出设置如图3所示。首先需设置T/C中断屏蔽寄存器TIMSKx使能定时器溢出中断。其次分别设置T/C控制寄存器TCC-RxA和TCCRxB选择PWM模式和预分频比,最后将控制信号引脚I/0置为输出。程序运行时,每当定时器计数产生溢出,CPU响应中断,定时器回零后重新开始计数。
以下列出的示例代码设置为快速PWM反向输出模式,当系统时钟记为fclk时,PWM 输出频率fPWM=fclk/64/256。
TIMSKx |=1<
TCCRxA=OxF3;
TCCRxB=Ox03;
DDRx |=(1<
为获得更高的PWM波形精度,可以采用相位修正的PWM输出模式,不过在精度提高的同时,fPWM也将减半,以下代码得到fPWM=fclk/64/512。
TCCRxA=0xF1:
TCCRxB=0x03;
PWM占空比大小的改变通过对输出比较寄存器OCRxx的数值操作来实现,例如当OCRxx=203时,占空比为204/256=80%。编程时将速度变量值写入OCRxx寄存器,从而达到改变占空比和对电机调速的目的。
文中通过电位器调速试验来检测TB6612FNG的PWM控制与电机输出转速间的线性关系。单片机ADC对精密多圈电位器的电压值进行采样,用于控制电机转速。程序流程如图4所示。首先进行电机控制信号的初始化,接着通过设置ADC控制状态寄存器ADCSRA和ADC多路复用选择寄存器ADMUX选择ADC频率和通道,然后选取合适的样本数量,对ADC循环采样并计算样本均值作为当前速度值,代入速度函数。
试验中,随着电位器阻值的调整,TB6612FNG输出端电压测量值成比例变化,同时对电机实现启停和加减速控制,达到了预期试验效果,表明其输出和PWM输入之间具有良好的线性关系。
3 TB6612FNG在轮式移动机器人平台的应用
为研究差速驱动方式的运动学特性和机器人路径规划算法,开发了一个轮式移动机器人试验平台,在其中应用TB6612FNG对机器人的2个驱动电机进行控制。平台以单片机为控制核心,能实现零半径转向、轨迹跟踪、路径搜索等功能,并通过按键开关、液晶显示等单元进行操作和指示,是一个较为完整的小型机电运动控制系统。
如图5所示,系统硬件电路主要由电源、控制、传感、电机驱动、操作与指示等单元组成。系统采用电池组供电,通过稳压电路输出VM和VCC2路电压。稳压电路主要由开关型稳压器LM2576和三端稳压器7805构成,前者能提供输出电流最高3 A的VM,对电机驱动等单元供电,后者将电源稳压至VCC(+5 V),对单片机及其外嗣电路供电。
选用高性能低功耗的ATmega系列单片机作为控制核心,其运算速度高达1 MIPS/MHz,具有多路PWM和ADC,适用于小型机器人和电机控制系统的开发。单片机通过ADC或I/O连接传感器,同时定时器产生硬件PWM作为电机驱动控制信号。传感单元由光电和测距传感器等构成。移动机器人系统由按键开关和传感信号等组成前向通道,由PWM控制、TB6612FNG、电机及液晶等组成后向通道。
控制系统通过传感器获取机器人运行位置信息,利用单片机对其进行读取和计算,由数字PID方式得到控制信号并输出至驱动器件,实时调整电机转速。PID控制基本流程如图6所示,其中比例项P为读取位置与给定位置的偏差;积分项I为P值的累加;微分项D 为相邻P值之差;Kp、Ki、Kd为PID参数。C为PID计算得到的调节控制量,B为设定的驱动电机基本转速,speedL和speedR分别为左右驱动电机的转速信号。系统启动后,循环执行流程,当运行位置发生偏离时,速度调节的计算结果由单片机输出,经AIN1/AIN2和BIN1/BIN2输入至TB6612FNG,对电机转速进行快速调整,实现机器人位姿的校正和位置偏差的纠正,直到终点标志或接收停止指令。
试验表明,在系统高速运行时,TB6612FNG对驱动电机的调速能够保持较好的连续性和平稳性。PID参数的设定对系统运行有很大影响,应根据运行控制要求,通过反复试
验调整确定PID参数,选取Kp、Ki、Kd的最优组合以取得良好的控制效果。系统取消积分环节,采用PD控制时,也能够得到较好的运行结果。
4 运行性能和建议
1)器件输出状态在驱动/制动之间切换时,电机转速和PWM占空比之间能保持较好的线性关系,其运行控制效果好于器件在驱动/停止状态之间切换,所以表1中的INl/IN2一般不采用L/L控制组合。
2)fPWM较高时,电机运行连续平稳、噪音小,但器件功耗会随频率升高而增大;fPWM较低时,利于降低功耗,并能提高调速线性度,但过低的频率可能导致电机转动连贯性的降低。通常fPWM>1 kHz时,器件能够稳定的控制电机。
3)过大的PWM占空比会影响电机驱动电流的稳定性和器件的输出负载能力,应根据不同的速度要求合理设定占空比范围。
4)器件工作温度过高会导致其输出功率的下降,电路PCB设计中应保证足够面积的覆铜,这样有助于散热,利于器件长时间稳定工作。
5 结束语
利用TB6612FNG和单片机构成直流电机控制单元,并将其应用在差速驱动的轮式移动机器人系统中。试验运行表明,这款器件与单片机结合应用能够实现灵活稳定的电机驱动控制。TB6612FNG在集成性、运行性能和输出能力等方面达到了较好的平衡,适用于单、双直流电机数字控制系统的设计开发。
电力电子与电机拖动综合课程设计 题目: PWM控制直流电机的系统 专业: 05自动化 学号: 200510320219 姓名:张建华 完成日期: 指导教师:李晓高
电力电子与电机拖动综合课程设计任务书 班级:自动化05 姓名:张建华指导老师:2008年6月10日 年月日
目录
1 引言 直流电机由于具有速度控制容易,启、制动性能良好,且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。直流电动机转速的控制方法可分为两类,即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。调节电阻R即可改变端电压,达到调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。随着电力电子技术的进步,发展了许多新的电枢电压控制方法,其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度,在脉宽调速系统中,当电机通电时,其速度增加;电机断电时,其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间,即可使电机的速度达到并保持一稳定值。最近几年来,随着微电子技术和计算机技术的发展及单片机的广泛应用,使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展。 本电机调速系统采用脉宽调制方式, 与晶闸管调速相比技术先进, 可减少对电源的污染。为使整个系统能正常安全地运行, 设计了过流、过载、过压、欠压保护电路, 另外还有过压吸收电路。确保了系统可靠运行。 2 系统概述 2.1 系统构成 本系统主要有信号发生电路、PWM速度控制电路、电机驱动电路等几部分组成。整个系统上采用了转速、电流双闭环控制结构,如图1所示。在系统中设置两个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实行串级连接,即以转速调节器
1.设计思路 1.1方案对比 1.1.1电机调速控制模块: 方案一:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压,从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速,而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小,但电流很大;分压不仅会降低效率,而且实现很困难。 方案二:采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 方案三:采用由达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态,精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下,效率非常高;H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制;电子开关的速度很快,稳定性也极佳,是一种广泛采用的PWM调速技术。 兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大,因此本设计采用方案三。
1.2.1 PWM调速工作方式: 方案一:双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内,单片机两控制口各输出一个控制信号,两信号高低电平相反,两信号的高电平时差决定电动机的转向和转速。 方案二:单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平,另一端输出PWM信号,两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。 由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小,其电流的最大波动也比双极性工作制的小,所以我们采用了单极性工作制。 1.2.2 PWM调脉宽方式: 调脉宽的方式有三种:定频调宽、定宽调频和调宽调频。我们采用了定频调宽方式,因为采用这种方式,电动机在运转时比较稳定;并且在采用单片机产生PWM 脉冲的软件实现上比较方便。 1.2.3 PWM软件实现方式: 方案一:采用定时器做为脉宽控制的定时方式,这一方式产生的脉冲宽度极其精确,误差只在几个us。 方案二:采用软件延时方式,这一方式在精度上不及方案一,特别是在引入中断后,将有一定的误差。但是基于不占用定时器资源,且对于直流电机,采用软件延时所产生的定时误差在允许范围,故采用方案二。
目录 摘要............................................................................................................................................................... I I ABSTRACT ................................................................................................................................................. III 1系统论述 (5) 1.1设计思路 (5) 1.2基本原理 (5) 1.3总体设计框图 (5) 2直流电机单元电路设计与分析 (6) 2.1直流电机驱动模块 (6) 2.2直流电机的中断键盘控制模块 (11) 2.31602LCD液晶显示模块 (13) 3直流电机PWM控制系统的实现 (15) 3.1总电路图 (15) 3.2总电路功能介绍 (16) 3.3直流电机控制程序 (16) 4系统仿真 (23) 5结束语 (26) 参考文献资料 (27)
摘要 本文是对直流电机PWM调速器设计的研究,主要实现对电机的控制。本课程设计主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制,在设计中,采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分,配以各种显示、驱动模块,实现对电动机转速参数的显示和测量;由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入,单片机在程序控制下,不断给光电隔离电路发送PWM 波形,H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中,采用PWM调速方式,通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压,进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统,在硬件结构上采用了大量的集成电路模块,大大简化了硬件电路,提高了系统的稳定性和可靠性,使整个系统的性能得到提高。 关键词:AT89C51单片机;PWM调速;正反转控制;仿真。
直流电机驱动电路设计 一、直流电机驱动电路的设计目标 在直流电机驱动电路的设计中,主要考虑一下几点: 1. 功能:电机是单向还是双向转动?需不需要调速?对于单向的电机驱动,只要用一个大功率三极管或场效应管或继电 器直接带动电机即可,当电机需要双向转动时,可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。 如果不需要调速,只要使用继电器即可;但如果需要调速,可以使用三极管,场效应管等开关元件实现PWM(脉冲宽度调制)调速。 2. 性能:对于PWM调速的电机驱动电路,主要有以下性能指标。 1)输出电流和电压范围,它决定着电路能驱动多大功率的电机。 2)效率,高的效率不仅意味着节省电源,也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率,可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通(H桥或推挽电路可能出现的一个问题,即两个功率器件同时导通使电源短路)入手。 3)对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离,防止有高电压大电流进入主控电路,这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。 4)对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染;大的电流可能导致地线电位浮动。 5)可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到,无论加上何种控制信号,何种无源负载,电路都是安全的。 二、三极管-电阻作栅极驱动
1.输入与电平转换部分: 输入信号线由DATA引入,1脚是地线,其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时,这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时,这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说,相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开,实现“一点接地”。 高速运放KF347(也可以用TL084)的作用是比较器,把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较,转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压范围不能接近负电源电压,否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流,一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。 不能用LM339或其他任何开路输出的比较器代替运放,因为开路输出的高电平状态输出阻抗在1千欧以上,压降较大,后面一级的三极管将无法截止。 2.栅极驱动部分: 后面三极管和电阻,稳压管组成的电路进一步放大信号,驱动场效应管的栅极并利用场效应管本身的栅极电容(大约 1000pF)进行延时,防止H桥上下两臂的场效应管同时导通(“共态导通”)造成电源短路。 当运放输出端为低电平(约为1V至2V,不能完全达到零)时,下面的三极管截止,场效应管导通。上面的三极管导通,场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平(约为VCC-(1V至2V),不能完全达到VCC)时,下面的三极管导通,场效
驱动轮电机用于驱动 AGV 的运行,包括AGV 的直行及差速转弯。在选择电机时,我们通常需要计算出电机的额定功率、额定转矩、额定转速等[28]。而在驱动电机的参数计算之前首先需要明确 AGV 的各项设计要求,如表3-1 所示。 3.1.1 电动机的选择 1. 驱动力与转矩关系 AGV 在地面行驶时,轮子与地面接触,AGV 克服摩擦力向前行驶,电机输出转矩Tq 为小车提供驱动力。而Tq 经减速机减速后得到输出转矩Tt 输出至驱动轮,输出转矩Tt 为: q t g T i T η= 式中 g i ——减速机减速比; q T ——电机输出转矩; t T ——输出转矩; η——电机轴经减速机到驱动轮的效率。 驱动轮在电机驱动下在地面转动,此时相对于地将形成一个圆周力,而地面对驱动轮也将产生一个等值、反向的力t F ,该力即为驱动轮的驱动力[29] 。驱动力为: q q q t g t R T i R T F η= = 式中 q R ——驱动轮的驱动半径。 由于驱动轮一般刚性较好,视其自由半径、静力半径、滚动半径三者相同,均为q R 。 2. 驱动力与阻力计算 小车在行驶过程中要克服各种阻碍力,这些力包括:滚动阻力f F 、空气阻力w F 、
坡度阻力r F 、加速度阻力j F 。这些阻力均由驱动力t F 来克服,因此: j r w f t F F F F F +++= (1) 滚动阻力f F 滚动阻力在 AGV 行驶过程中,主要由车轮轴承阻力以及车轮与道路的滚动摩擦阻力所组成,f F 大小为: fg fz f F F F += 式中 fz F ——车轮与轴承间阻力; fg F ——车轮与道路的滚动摩擦阻力。 其中,车轮轴承阻力fz F 为: N 6.3200 48 015.010002 /2 /fz =?? ===D d P D d P F μμ 式中 P ——车轮与地面间的压力,AGV 设计中,小车自重m 为100kg ,最大载 重量m ax M 为200kg ,因此最大整车重量为300kg ,一般情况下,AGV 前行过程中,有三轮同时着地,满足三点决定一平面的规则,各轮的压力为P =1000N [30]; d ——车轮轴直径,驱动轮在本次设计中选择8寸的工业车轮,即d=48mm ; D ——车轮直径,查文献[40]可知,驱动轮在本次设计中选择8 寸的工业车轮,即D =200mm ; μ——车轮轴承摩擦因数,良好的沥青或混凝土路面摩擦阻力系数为0.010—0.018,μ =0.015。 车轮与道路的滚动摩擦阻力fg F 为: N 15015.01000fg =?==Qf F 式中 Q ——车轮承受载荷,Q =1000N ; f ——路面摩擦阻力系数,f =0.015。 则: N 6.18fg fz f =+=F F F (2) 空气阻力w F : 空气阻力是 AGV 行驶过程当中, 车身与空气间形成了相对运动而产生于车身上的阻力,该阻力主要由法向力以及侧向力两部分组成。空气阻力与AGV 沿行驶方向的投影面积以及车身与空气的相对运动速度有关, 但由于AGV 工作于
直流电机控制系统设计
XX大学 课程设计 (论文) 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院(系)自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号姓名 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7 月9 日至2012年7 月20 日 课程设计的内容及要求: 1.内容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 (1)掌握直流电机的工作原理及编程方法。 (2)掌握直流电机驱动电路的设计方法。 (3)制定设计方案,绘制系统工作框图,给出系统电路原理图。 (4)用汇编或C语言进行程序设计与调试。 (5)完成系统硬件电路的设计。 (6)撰写一篇7000字左右的课程设计报告。 指导教师年月日 负责教师年月日
学生签字年月日 目录 0 前言 (1) 1 总体方案设计 (2) 1.1 系统方案 (2) 1.2 系统构成 (2) 1.3 电路工作原理 (2) 1.4 方案选择 (3) 2 硬件电路设计 (3) 2.1 系统分析与硬件设计 (3) 2.2 单片机AT89C52 (3) 2.3 复位电路和时钟电路 (4) 2.4 直流电机驱动电路设计 (4) 2.5 键盘电路设计 (4) 3软件设计 (5) 3.1 应用软件的编制和调试 (5) 3.2 程序总体设计 (5) 3.3 仿真图形 (7) 4 调试分析 (9) 5 结论及进一步设想 (9) 参考文献 (10) 课设体会 (11) 附录1 电路原理图 (12) 附录2 程序清单 (13)
基于单片机对直流电机的控制 第十五组 姓名:吴代露20131325010 张鹏飞20131325012 金静丽20131325014 周敏20131325015 胡会华20131325017 顾蓉20131325018 专业:2013级信息工程(系统工程方向) 指导老师:周旺平 2014.12.22
基于单片机对直流电机的控制 内容摘要 电动机作为最主要的动力源,在生产和生活中占有重要地位。电动机的调速控制过去多用模拟法,随着计算机的产生和发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现,电动机的控制也发生了深刻的变化。 关键字:电动机飞思卡尔 PWM控制 一、引言 (一)直流电机的定义 直流电机(direct current machine):是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机,将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机,将机械能转换为电能。 (二)直流电机的基本结构 由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到,直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。 (三)直流电机工作原理
直流电机里边固定有环状永磁体,电流通过转子上的线圈产生安培力,当转子上的线圈与磁场平行时,再继续转受到的磁场方向将改变,因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触,从而线圈上的电流方向也改变,产生的洛伦兹力方向不变,所以电机能保持一个方向转动。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势,靠换向器配合电刷的换向作用,使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定(磁感线指向手心,大拇指指向导体运动方向,其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向)。导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩,这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩,转矩的方向是逆时针方向,企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩(例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩),电枢就能按逆时针方向旋转起来。 (四)直流电机的分类 直流电动机按结构及工作原理可划分:无刷直流电动机和有刷直流电动机。(1)无刷直流电动机:无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通:定子为电枢,由多相绕组组成。在结构上,它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同.在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等).绕组可接成星形或三角形,并分别与逆变器的各功率管相连,以便进行合理换相。由于电动机本体为永磁电机,所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。 (2)有刷直流电动机:又可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。 永磁直流电动机划分:稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。稀土永磁直流电动机:体积小且性能更好,但价格昂贵,主要用于航天、计算机、井下仪器等;铁氧体永磁直流电动机:由铁氧体材料制成的磁极体,廉价,且性能良好,广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域;铝镍钴永磁直流电动机:需要消耗大量的贵重金属、价格较高,但对高温的适应性好,用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。 电磁直流电动机划分:串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。 (1)串励直流电动机:电流串联,分流,励磁绕组是和电枢串联的,直流串励电
1、 Assigned power rating 。标称功率。或额定功率。只该电机系统设计设计 时的理想功率也是在推荐工作情况下的最大功率。 POWER RATING 为功率。 2、Nominal voltage 。额定电压 (或工作电压,推荐电压。由于一般电机可以工作在不同电压下, 但电压直接和转速有关, 其他参数也相应变化, 所以该电压只是一种建议电压。其他参数也是在这种推荐的电压下给出的。 NOMINAL 名义上的。 3、 No load speed。空转速,或空载转速。单位是 RPM 。 revolutions per minute 此处的 R 不是 RATE 速度的意思,是 REVOLUTION 旋转的意思。空载转速由于没有反向力矩,所以输出功率和堵转情况不一样,该参数只是提供一个电机在规定电压下最大转速的作用。一般外面给出的 6000转啊, 12000转啊,多指这个参数。 4、 Stall torque 堵转转矩。这个是很多要带负载的电机的重要参数。即在电机受反向外力使其停止转动时的力矩。如果电机堵转现象经常出现, 则会损坏电机,或烧坏驱动芯片。所以大家选电机时,这是除转速外要考虑的参数。堵转时间一长,电机温度上升的很快,这个值也会下降的很厉害。 5、 Speed / torque gradient 速度 /转矩斜率。这个参数在一般的电机介绍中很 少出现。如果将转速为 Y 轴,力矩为 X 轴,一般,电机先是有一个和 X 轴平行的线,随后有点像 E 的负指数形式那样下降。即转速和力矩的乘积,随力矩的上升而下降。电机制造商都推荐电机在那条和 X 轴平行的线范围内工作。在这个范围内,电机的电流不至于导致电机过热和烧机。 6、 No load current。空载电流 (或空转电流。前面说过,电流和转矩密切相关。空载电流肯定存在, 其和电压的乘积形成的能量, 主要分为势能和热能消耗。热能就是电机线圈的发热,越好的电机,在空载时,该值越小,而势能指克服摩擦力, 和转子自身惯性的能量还有转子自身的转动势能。而一般转速一定时, 转子的惯性能量增加几乎没有, 而这个势能主要还是克服摩擦力的问题, 而最终以热能形式耗散, 所以空载电流越小, 电机的性能越好, 特别是加上减速箱的电机,空载电流越小,说明减速箱做的越好,当然,减速比越大,同样的设计方式下,阻力越大。
1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在,无刷直流电机定义有俩种:一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机,而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体,带转子位置信号,通过电子换相控制的自同步旋转电机”,其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义,把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始,由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展,家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展,电机作为设备的重要组成部分,必须具有精度高、速度快、效率高等优点,因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代,第一台直流电动机研制成功,经过70多年不断的发展,直流电机进入成熟阶段,并且运用广泛。 1955年,美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利,形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初,霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现,标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初,德国人Blaschke提出矢量控制理论,无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高,极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年,在北京举办的德国金属加工设备展览会上,西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器,引起了我国有关学者的注意,自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前,我国无刷直流电机的系列产品越来越多,形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展,无刷直流电机发展的初期,由于大功率开关器件的发展处于初级阶段,性能差,价格贵,而且受永磁材料和驱动控制技术的约束,这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内,都停