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一、概述 电动机的主要类型有同步电动机、异步电动机与直流电动机三种。传统的直流电动机采用电刷以机械方法进行换向,其控制简单,调速性能好,但电机制造工艺复杂,成本较高,故障率也高。交流电动机结构简单,易于维护,但存在高度的非线性、强电磁祸合等特性,控制复杂,动态性能也较差。 经过长期的探索,由Boliger在20世纪20年代提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械式电刷,从此产生了直流无刷电动机的基本思想。直流无刷电动机具有结构简单、运行可靠、维修方便、效率高、调速性能好、噪声低等诸多优点。近年来,许多新型的高性能半导体功率器件(如GTR ,M0SFET , IGBT)相继t司世,再加上新型高磁能积永磁材料(如SmCo,NdFeB等)的陆续出现,为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。 目前,直流无刷电动机在航空航天、医疗化工、仪器仪表、数控装置以及家用电器等方面已经得到了广泛的应用,亦代表着电力拖动系统的发展方向。 二 、常用直流无恻电机驱动控制系统
1.电气传动和运动控制
电动机将电能转换成机械能,向被驱动的机械提供动力来源。除了作为机电能量转换的一个部件外,还需要对其进行启\停、正\反转、制动以及速度等的控制,还需要某些保护措施。以速度控制为主要目的的电机控制系统相对来说比较简单,通常将这些控制纳人“电气传动”的范围。 运动控制(Motion Control)较为复杂,电动机需按预定的控制方案、将规划指令转变成期望的机械运动。如精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制以及这些被控机械量的综合控制。 2: DSP电机控制系统 DSP芯片又称为数字信号处理器(DigitalSignal Processor),是专门为数字信号处理应用而设计的高速芯片,解决了原来微处理器结构复杂、单片微机处理速度达不到实时系统要求的问题。电机控制专用DSP芯片,主要有ADI公司的ADMC3二系列、TI公司的TMS320C24系列及Motorola公司的DSP56F8xx系列等。它们都是将一个以DSP为基础的内核,配以电机控制所需的外围功能电路集成在单一芯片内,其最大速度可达20-40MIPS,使其结构紧凑、使用便捷、可靠性提高。适合于包括直流无刷电动机在内的各种电动机控制系统,但软件复杂,个异性强。 三、GSG3PWM6-S/SN电机控制专用集成电路简介 该电机控制专用集成电路是在软件、硬件系统的基础上,进一步把由软件完成的工作(数据采集、变换运算、控制等)集成在电路中,只需配上极简单的外围电路便可实现各种领域的电机驱动控制。 目前,电机控制专用集成电路品种规格繁多,也能够适应各种电机的控制,使用虽然也很方便,但均存在适应性较差的问题。GSG3PWM6-S/SN直流无刷电机驱动专用集成 ──电路,运用了大规模集成电路设计和生产技术,采用全数字化控制方式,能够实现经换信号或外接编码器闭环控制的三相电机的速度、位置及流补偿所需的全部有效控制功能,具有集成度高、体积小功耗低、功能强、使用方便等特点,可在多种环境下工作是一款性能优异的直流无刷电机驱动专用集成电路。该产品由成都优阳机电产品设计有限公司与成都电子科技大学智能系统与软件工程研究所共同开发,是一种具有创新性的专利产品。 四、功能框图及引脚功能定义
五、功能描述 该芯片具有如下功能:PWM脉宽调速;数字 化控制;灵活的转向控制与设定;瞬间刹车制动控制;具有专用的数字和模拟控制接口;提供现多种功能的用户自定义控制接口;具有专用的故障和显示控制接口;过压、过流、缺相、过热保护;采用速度、电流双闭环驱动,具有低高速运行平稳的特点;内置RS232串口通信接口。 1.微控制器 本专用直流无刷电机驱动芯片,完成了直流无刷电机控制所需的全部功能。内部集成了六路PWM载波发生器,载波频率可从4-2三个模拟比较器用于检测电机霍尔位置信号的变化,以此修正PWM载波输出的逻辑关系,功率模块正确的导通顺序。微控制器内集成了速度估计和电流采样功能,以作为闭环控制时的输人参考。 2.功率驱动 功率驱动可采用美国IR公司的自举技术或 光偶隔离技术,最高PWM载波频率为20大工作电压和最大相电流输出视功率模块而定,具有微控内部集成的过电流、过热、缺相以及欠压等多重功能,保证功率模块的安全运行。 3.数字控制一拼 本驱动器自带RS232串口言可现与上位机的串行通信。速度调整均可通过串口进行数字式输人,并保存在微控制器的EEPROM里时也能将电机运行状态等保存,供上位机查询。这样使得驱动器能根据实际需要,完全独立地工作,彻改变了以往按键控制的繁琐、控制精度不高等缺陷。串行数据的发接收采用特定的数据链路通信协议,电机的控制由该协议的命令字和数据内容确定。为了保证控制的准确性,对每一帧数据都要进行校验,并且返回校验后是否正确的信号,当驱动器收到正确的数据帧命令信号后才进人相应的动作。 4.引脚功能定义表 六、应用范围 利用GSG3PWM6 -SN直流无刷电机驱动芯片,可设计出多款直流无刷电机驱动器,可广泛应用于空调、冰箱、洗衣机、风扇、电动自行车、电动纫机、水泵等家用或工业设备的单机控制和集成控制领域。由于其控制和调速性能极佳,使用该芯片的制产品可为企业和家庭节约10%以上的能源,是直流无刷电机驱动器的最佳选择。 七、应用实例 该图是GSG3PWM6-SN直流无刷电机驱动芯片在潜水泵中的应用实例,该蕊片不仅能完成的对缺相、过流、过压等参数的常规控制,还能对潜水泵密封圈的工作状态进行控制,对其泄漏、水位状态、速度以及故障等进行显示和监控。
成都 王强 |