基于MC33035的煤矿用无刷直流电机控制器设计

2014-04-29王丹

中国新通信 2014年14期

王丹

【摘要】本文在分析煤矿用无刷直流电机原理和专用控制芯片（MC33035）功能的基础上，设计了以MC33035为核心的煤矿用无刷直流电机控制器，对控制系统整体结构、电子测速单元和脉宽调制单元进行详细设计。煤矿用无刷直流电机控制器具有结构简单、性能稳定即安全特性好等特点，利用CAN通讯技术与上位机之间进行通讯，为实现煤矿用无刷直流电机智能控制技术奠定基础。

【关键词】煤矿电机 MC33035 通信测速

一、前言

开展煤矿电气设备安全性能的研究，提高煤矿用无刷直流电机控制系统的安全性，对于保证煤矿安全生产、避免造成安全生产事故的隐患具有重要的理论和现实意义。本文首先对煤矿用无刷直流电动机的结构进行介绍，然后以无刷直流电机专用控制芯片MC33035为核心对煤矿用无刷直流电机的控制器进行了整体结构，最后利用对控制器的电子测速单元、脉宽调制单元等进行详细设计。

二、无刷直流电机

煤矿用无刷直流电机利用绕组通电产生的电磁场和永磁体的磁场之间的相互作用，绕组电流根据转子的位置进行合理换向，保证输出持续转矩驱动电机旋转。煤矿用无刷直流电机选用径向充磁的瓦形永磁材料作为永磁体，对永磁体的空间布局进行合理设计，然后装配到电机转子上。在电机定子上缠绕规则的三相电枢绕组，由于永磁体的磁导率几乎接近空气，所以电枢反应电感小，电机的输出特性机械强度高。

三、控制器设计

控制器工作过程：控制按钮将动作指令发给专用控制芯片（MC33035），MC33035采集霍尔传感器输出电机转子位置信息，发出控制信号给隔离驱动电路，使其发出稳定的驱动信号驱动IGBT模块的导通，使电机动作。霍尔传感器实时将检测到的电机的转子位置信息传递给专用控制芯片，MC33035根据转子位置信息在正确的时刻进行换向，保证电机按持续运转。同时电子测速芯片（MC33039）将采集到的霍尔元件信号转换成与转速成正比的电压信号反馈给单片机，形成速度的闭环控制。脉宽调制电路对控制信号进行调节，实现对煤矿用无刷直流电机速度控制，CAN通讯电路利用单片机和CAN控制器将控制器信息传递给上位机，实现控制器与计算机之间的通信，控制系统结构框图如图1所示。

MC33035是MOTOROLA公司第二代高性能无刷直流电机专用芯片，采用双极性模拟工艺制造，在任何恶劣的环境条件下仍然具有很高的稳定性。芯片内包含有误差信号放大器、PWM脉冲调制放大器和3个集电极开路顶端驱动输出，还有用于正确整流时序的转子位置译码器。MC33035带有欠锁定功能及欠压保护、过流保护、故障信号输出、制动输入等功能，它是一种具有开环正转和反转、以及运行使能的电机控制小型专用系统。

脉宽调节单元实现系统的速度调节，选用TL494芯片来实现系统速度控制。TL494具有抗干扰能力强、结构简单、可靠性高以及价格便宜等特点。TL494由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成，通过调节相位校正和增益控制引脚的电压，改变输出信号的占空比，进而改变电机的转速。

MC33039是一款高性能闭环速度控制芯片，专用于各种无刷直流电机控制系统中，常与MC33035芯片构成无刷电机控制器。MC33039直接将三相无刷直流电机转子位置传感器的三个方波输入信号，经F/V变换成正比于电机转速的电压信号。当电机加速时，输出脉冲序列的平均电压将会上升，此信号在外接低通滤波器处理后，即可得到与转速成正比的测速电压。