基于霍爾元件的礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐洋

【摘要】 為了實(shí)現(xiàn)礦用無刷直流電機(jī)的可靠控制，本文在分析無刷直流電機(jī)原理和位置傳感器作用的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、位置檢測電路和電流檢測電路，詳細(xì)分析電路的工作原理，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可以按照預(yù)計(jì)要求完成對礦用無刷直流電機(jī)進(jìn)行可靠控制。

【關(guān)鍵詞】 煤礦 電機(jī) 轉(zhuǎn)子 位置檢測

永磁無刷直流電機(jī)除了保留了有刷直流電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)距大、調(diào)速范圍寬等優(yōu)良性能，其最大特點(diǎn)是無傳統(tǒng)換向器和電刷組成的機(jī)械換向結(jié)構(gòu)，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、可控性強(qiáng)和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

隨著電機(jī)學(xué)、現(xiàn)代控制理論和電力電子技術(shù)的進(jìn)步及低成本永磁材料的出現(xiàn)，永磁無刷直流電機(jī)獲得前所未有的發(fā)展，并在能源、汽車、航空和高精度機(jī)床等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。煤礦生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中，對于動(dòng)力設(shè)備的依賴性很大，礦井電能最終消耗主要是通過電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，可見電機(jī)是煤礦井下運(yùn)用較多的電氣設(shè)備。永磁無刷直流電機(jī)憑借其優(yōu)越的性能，在煤礦井下安全生產(chǎn)、提升運(yùn)輸及輸電變電等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。

一、無刷直流電機(jī)和位置傳感器

礦用無刷直流電機(jī)與傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)在電磁結(jié)構(gòu)上相同，但它在定子上纏繞電樞繞組，轉(zhuǎn)子上安裝徑向充磁的稀土永磁材料，定子上的電樞繞組采用典型三相星型纏繞方式，直流電源經(jīng)過逆變器與繞組相連，采用轉(zhuǎn)子位置傳感器取代傳統(tǒng)電刷和機(jī)械換向器組成的換向結(jié)構(gòu)。根據(jù)繞組通電與逆變器內(nèi)的功率管之間關(guān)系對功率管進(jìn)行合理控制，電機(jī)氣隙中產(chǎn)生跳躍的旋轉(zhuǎn)磁場與永磁體的磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置改變繞組通電方式，使電磁場方向與永磁體磁場方向始終相反，保證具有持續(xù)的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)礦用永磁無刷直流電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

位置傳感器在礦用無刷直流電機(jī)中起著檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，即實(shí)現(xiàn)將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理電路發(fā)送給處理器，處理器根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置控制定子繞組的導(dǎo)通順序。為了保證電機(jī)具有持續(xù)的轉(zhuǎn)矩，功率開關(guān)的導(dǎo)通順序必須和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步，所以位置傳感器與功率開關(guān)起著與傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)的機(jī)械換向器和電刷相相似的作用。位置傳感器的種類比較多，可分為直接式和間接式，其中直接式位置傳感器以其檢測精度高和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。典型的直接式位置傳感器有光電式、電磁式、磁敏式和接近開關(guān)式。

二、礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

在本文設(shè)計(jì)礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，采用TI公司電機(jī)控制專用芯片TMS320LF2407A為核心，該DSP內(nèi)部集成了很多電機(jī)控制專用的外圍電路，減少了系統(tǒng)部分硬件電路設(shè)計(jì)，特別適合礦用無刷直流電機(jī)控制。

圖1為礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，控制系統(tǒng)由DSP、操作面板、轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測電路、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、MOSFET、電流檢測電路、過流保護(hù)電路、顯示屏和控制對象礦用無刷直流電機(jī)組成，其中DSP用于采集數(shù)據(jù)和發(fā)送動(dòng)作指令，捕捉轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測電路的脈沖信號(hào)，判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置并發(fā)送合理的換向信號(hào)給MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)脈沖信號(hào)進(jìn)行速度計(jì)算，并與速度給定比較進(jìn)行速度修正；轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測電路檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，為電機(jī)的換相和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)提供信息；MOSFET驅(qū)動(dòng)電路對控制指令進(jìn)行隔離放大，保證MOSFET可靠動(dòng)作。MOSFET用于電機(jī)繞組合理換相，保證電機(jī)具有持續(xù)的轉(zhuǎn)矩；電流檢測電路和過流保護(hù)電路用于檢測電流值，并在過流時(shí)向MOSFET驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送封鎖指令，保證系統(tǒng)的安全性。

圖1 礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 轉(zhuǎn)子位置檢測電路設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子位置檢測是礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)首先要解決的問題，本文采用三個(gè)霍爾傳感器對電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測，位置檢測電路如圖1所示。三相霍爾元件發(fā)送的信號(hào)為HA、HB、HC，當(dāng)某相（C相）霍爾傳感器輸出高電平時(shí)，二極管IN4148截止，光耦TLP521導(dǎo)通，經(jīng)過施密特觸發(fā)器74LS14（消除信號(hào)斜坡部分）后輸出高電平，經(jīng)過10K的電阻R9（TTL和CMOS之間的匹配電阻）將TTL的高電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成DSP可識(shí)別的高電平信號(hào)發(fā)送給DSP的信號(hào)捕捉引腳CAP3；假如霍爾傳感器輸出低電平時(shí)，則二極管IN4148的陽極被置低，光耦TLP521不導(dǎo)通，所以施密特觸發(fā)器74LS14輸出為低電平信號(hào)，此時(shí)DSP接收的信號(hào)為低電平。

圖2 位置檢測電路

2.2 電流檢測電路設(shè)計(jì)

本文選用了型號(hào)為LA58-P的霍爾型電流傳感器進(jìn)行電流檢測，該傳感器具有較高的測量精度、良好的線性度、低溫漂、反應(yīng)周期、寬頻帶、抗干擾能力強(qiáng)及電流過載能力好等優(yōu)點(diǎn)，傳感器典型接線圖如圖3所示。LA58-P型霍爾電流傳感器采用±15供電，信號(hào)輸出端接一個(gè)輔助測量電阻R13，通過測量測量電阻R13兩端的電壓計(jì)算出要測量的電流值。

圖3 傳感器接線圖

三、結(jié)論

礦用無刷直流電機(jī)是電機(jī)和電力電子技術(shù)的相結(jié)合的產(chǎn)品，在煤礦井下的應(yīng)用前景廣闊。本文結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理器（TMS320LF2407A）設(shè)計(jì)礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，并對轉(zhuǎn)子位置檢測和電流檢測電路進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)礦用無刷直流電機(jī)的穩(wěn)定控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)速度快及可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)〔M〕.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] 唐任遠(yuǎn).現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997

[3] 張宇峰，景占榮，羊彥等.擴(kuò)展卡爾曼濾波在無刷直流電機(jī)控制中的應(yīng)用研究.微電機(jī).2007（4）：5-7.

【摘要】 為了實(shí)現(xiàn)礦用無刷直流電機(jī)的可靠控制，本文在分析無刷直流電機(jī)原理和位置傳感器作用的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、位置檢測電路和電流檢測電路，詳細(xì)分析電路的工作原理，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可以按照預(yù)計(jì)要求完成對礦用無刷直流電機(jī)進(jìn)行可靠控制。

【關(guān)鍵詞】 煤礦 電機(jī) 轉(zhuǎn)子 位置檢測

永磁無刷直流電機(jī)除了保留了有刷直流電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)距大、調(diào)速范圍寬等優(yōu)良性能，其最大特點(diǎn)是無傳統(tǒng)換向器和電刷組成的機(jī)械換向結(jié)構(gòu)，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、可控性強(qiáng)和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

隨著電機(jī)學(xué)、現(xiàn)代控制理論和電力電子技術(shù)的進(jìn)步及低成本永磁材料的出現(xiàn)，永磁無刷直流電機(jī)獲得前所未有的發(fā)展，并在能源、汽車、航空和高精度機(jī)床等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。煤礦生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中，對于動(dòng)力設(shè)備的依賴性很大，礦井電能最終消耗主要是通過電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，可見電機(jī)是煤礦井下運(yùn)用較多的電氣設(shè)備。永磁無刷直流電機(jī)憑借其優(yōu)越的性能，在煤礦井下安全生產(chǎn)、提升運(yùn)輸及輸電變電等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。

一、無刷直流電機(jī)和位置傳感器

礦用無刷直流電機(jī)與傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)在電磁結(jié)構(gòu)上相同，但它在定子上纏繞電樞繞組，轉(zhuǎn)子上安裝徑向充磁的稀土永磁材料，定子上的電樞繞組采用典型三相星型纏繞方式，直流電源經(jīng)過逆變器與繞組相連，采用轉(zhuǎn)子位置傳感器取代傳統(tǒng)電刷和機(jī)械換向器組成的換向結(jié)構(gòu)。根據(jù)繞組通電與逆變器內(nèi)的功率管之間關(guān)系對功率管進(jìn)行合理控制，電機(jī)氣隙中產(chǎn)生跳躍的旋轉(zhuǎn)磁場與永磁體的磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置改變繞組通電方式，使電磁場方向與永磁體磁場方向始終相反，保證具有持續(xù)的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)礦用永磁無刷直流電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

位置傳感器在礦用無刷直流電機(jī)中起著檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，即實(shí)現(xiàn)將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理電路發(fā)送給處理器，處理器根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置控制定子繞組的導(dǎo)通順序。為了保證電機(jī)具有持續(xù)的轉(zhuǎn)矩，功率開關(guān)的導(dǎo)通順序必須和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步，所以位置傳感器與功率開關(guān)起著與傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)的機(jī)械換向器和電刷相相似的作用。位置傳感器的種類比較多，可分為直接式和間接式，其中直接式位置傳感器以其檢測精度高和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。典型的直接式位置傳感器有光電式、電磁式、磁敏式和接近開關(guān)式。

二、礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

在本文設(shè)計(jì)礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，采用TI公司電機(jī)控制專用芯片TMS320LF2407A為核心，該DSP內(nèi)部集成了很多電機(jī)控制專用的外圍電路，減少了系統(tǒng)部分硬件電路設(shè)計(jì)，特別適合礦用無刷直流電機(jī)控制。

圖1為礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，控制系統(tǒng)由DSP、操作面板、轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測電路、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、MOSFET、電流檢測電路、過流保護(hù)電路、顯示屏和控制對象礦用無刷直流電機(jī)組成，其中DSP用于采集數(shù)據(jù)和發(fā)送動(dòng)作指令，捕捉轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測電路的脈沖信號(hào)，判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置并發(fā)送合理的換向信號(hào)給MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)脈沖信號(hào)進(jìn)行速度計(jì)算，并與速度給定比較進(jìn)行速度修正；轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測電路檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，為電機(jī)的換相和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)提供信息；MOSFET驅(qū)動(dòng)電路對控制指令進(jìn)行隔離放大，保證MOSFET可靠動(dòng)作。MOSFET用于電機(jī)繞組合理換相，保證電機(jī)具有持續(xù)的轉(zhuǎn)矩；電流檢測電路和過流保護(hù)電路用于檢測電流值，并在過流時(shí)向MOSFET驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送封鎖指令，保證系統(tǒng)的安全性。

圖1 礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 轉(zhuǎn)子位置檢測電路設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子位置檢測是礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)首先要解決的問題，本文采用三個(gè)霍爾傳感器對電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測，位置檢測電路如圖1所示。三相霍爾元件發(fā)送的信號(hào)為HA、HB、HC，當(dāng)某相（C相）霍爾傳感器輸出高電平時(shí)，二極管IN4148截止，光耦TLP521導(dǎo)通，經(jīng)過施密特觸發(fā)器74LS14（消除信號(hào)斜坡部分）后輸出高電平，經(jīng)過10K的電阻R9（TTL和CMOS之間的匹配電阻）將TTL的高電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成DSP可識(shí)別的高電平信號(hào)發(fā)送給DSP的信號(hào)捕捉引腳CAP3；假如霍爾傳感器輸出低電平時(shí)，則二極管IN4148的陽極被置低，光耦TLP521不導(dǎo)通，所以施密特觸發(fā)器74LS14輸出為低電平信號(hào)，此時(shí)DSP接收的信號(hào)為低電平。

圖2 位置檢測電路

2.2 電流檢測電路設(shè)計(jì)

本文選用了型號(hào)為LA58-P的霍爾型電流傳感器進(jìn)行電流檢測，該傳感器具有較高的測量精度、良好的線性度、低溫漂、反應(yīng)周期、寬頻帶、抗干擾能力強(qiáng)及電流過載能力好等優(yōu)點(diǎn)，傳感器典型接線圖如圖3所示。LA58-P型霍爾電流傳感器采用±15供電，信號(hào)輸出端接一個(gè)輔助測量電阻R13，通過測量測量電阻R13兩端的電壓計(jì)算出要測量的電流值。

圖3 傳感器接線圖

三、結(jié)論

礦用無刷直流電機(jī)是電機(jī)和電力電子技術(shù)的相結(jié)合的產(chǎn)品，在煤礦井下的應(yīng)用前景廣闊。本文結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理器（TMS320LF2407A）設(shè)計(jì)礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，并對轉(zhuǎn)子位置檢測和電流檢測電路進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)礦用無刷直流電機(jī)的穩(wěn)定控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)速度快及可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)〔M〕.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] 唐任遠(yuǎn).現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997

[3] 張宇峰，景占榮，羊彥等.擴(kuò)展卡爾曼濾波在無刷直流電機(jī)控制中的應(yīng)用研究.微電機(jī).2007（4）：5-7.

【摘要】 為了實(shí)現(xiàn)礦用無刷直流電機(jī)的可靠控制，本文在分析無刷直流電機(jī)原理和位置傳感器作用的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、位置檢測電路和電流檢測電路，詳細(xì)分析電路的工作原理，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可以按照預(yù)計(jì)要求完成對礦用無刷直流電機(jī)進(jìn)行可靠控制。

【關(guān)鍵詞】 煤礦 電機(jī) 轉(zhuǎn)子 位置檢測

永磁無刷直流電機(jī)除了保留了有刷直流電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)距大、調(diào)速范圍寬等優(yōu)良性能，其最大特點(diǎn)是無傳統(tǒng)換向器和電刷組成的機(jī)械換向結(jié)構(gòu)，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、可控性強(qiáng)和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

隨著電機(jī)學(xué)、現(xiàn)代控制理論和電力電子技術(shù)的進(jìn)步及低成本永磁材料的出現(xiàn)，永磁無刷直流電機(jī)獲得前所未有的發(fā)展，并在能源、汽車、航空和高精度機(jī)床等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。煤礦生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中，對于動(dòng)力設(shè)備的依賴性很大，礦井電能最終消耗主要是通過電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，可見電機(jī)是煤礦井下運(yùn)用較多的電氣設(shè)備。永磁無刷直流電機(jī)憑借其優(yōu)越的性能，在煤礦井下安全生產(chǎn)、提升運(yùn)輸及輸電變電等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。

一、無刷直流電機(jī)和位置傳感器

礦用無刷直流電機(jī)與傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)在電磁結(jié)構(gòu)上相同，但它在定子上纏繞電樞繞組，轉(zhuǎn)子上安裝徑向充磁的稀土永磁材料，定子上的電樞繞組采用典型三相星型纏繞方式，直流電源經(jīng)過逆變器與繞組相連，采用轉(zhuǎn)子位置傳感器取代傳統(tǒng)電刷和機(jī)械換向器組成的換向結(jié)構(gòu)。根據(jù)繞組通電與逆變器內(nèi)的功率管之間關(guān)系對功率管進(jìn)行合理控制，電機(jī)氣隙中產(chǎn)生跳躍的旋轉(zhuǎn)磁場與永磁體的磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置改變繞組通電方式，使電磁場方向與永磁體磁場方向始終相反，保證具有持續(xù)的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)礦用永磁無刷直流電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

位置傳感器在礦用無刷直流電機(jī)中起著檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，即實(shí)現(xiàn)將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理電路發(fā)送給處理器，處理器根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置控制定子繞組的導(dǎo)通順序。為了保證電機(jī)具有持續(xù)的轉(zhuǎn)矩，功率開關(guān)的導(dǎo)通順序必須和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步，所以位置傳感器與功率開關(guān)起著與傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)的機(jī)械換向器和電刷相相似的作用。位置傳感器的種類比較多，可分為直接式和間接式，其中直接式位置傳感器以其檢測精度高和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。典型的直接式位置傳感器有光電式、電磁式、磁敏式和接近開關(guān)式。

二、礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

在本文設(shè)計(jì)礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，采用TI公司電機(jī)控制專用芯片TMS320LF2407A為核心，該DSP內(nèi)部集成了很多電機(jī)控制專用的外圍電路，減少了系統(tǒng)部分硬件電路設(shè)計(jì)，特別適合礦用無刷直流電機(jī)控制。

圖1為礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，控制系統(tǒng)由DSP、操作面板、轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測電路、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、MOSFET、電流檢測電路、過流保護(hù)電路、顯示屏和控制對象礦用無刷直流電機(jī)組成，其中DSP用于采集數(shù)據(jù)和發(fā)送動(dòng)作指令，捕捉轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測電路的脈沖信號(hào)，判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置并發(fā)送合理的換向信號(hào)給MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)脈沖信號(hào)進(jìn)行速度計(jì)算，并與速度給定比較進(jìn)行速度修正；轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測電路檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，為電機(jī)的換相和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)提供信息；MOSFET驅(qū)動(dòng)電路對控制指令進(jìn)行隔離放大，保證MOSFET可靠動(dòng)作。MOSFET用于電機(jī)繞組合理換相，保證電機(jī)具有持續(xù)的轉(zhuǎn)矩；電流檢測電路和過流保護(hù)電路用于檢測電流值，并在過流時(shí)向MOSFET驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送封鎖指令，保證系統(tǒng)的安全性。

圖1 礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 轉(zhuǎn)子位置檢測電路設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子位置檢測是礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)首先要解決的問題，本文采用三個(gè)霍爾傳感器對電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測，位置檢測電路如圖1所示。三相霍爾元件發(fā)送的信號(hào)為HA、HB、HC，當(dāng)某相（C相）霍爾傳感器輸出高電平時(shí)，二極管IN4148截止，光耦TLP521導(dǎo)通，經(jīng)過施密特觸發(fā)器74LS14（消除信號(hào)斜坡部分）后輸出高電平，經(jīng)過10K的電阻R9（TTL和CMOS之間的匹配電阻）將TTL的高電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成DSP可識(shí)別的高電平信號(hào)發(fā)送給DSP的信號(hào)捕捉引腳CAP3；假如霍爾傳感器輸出低電平時(shí)，則二極管IN4148的陽極被置低，光耦TLP521不導(dǎo)通，所以施密特觸發(fā)器74LS14輸出為低電平信號(hào)，此時(shí)DSP接收的信號(hào)為低電平。

圖2 位置檢測電路

2.2 電流檢測電路設(shè)計(jì)

本文選用了型號(hào)為LA58-P的霍爾型電流傳感器進(jìn)行電流檢測，該傳感器具有較高的測量精度、良好的線性度、低溫漂、反應(yīng)周期、寬頻帶、抗干擾能力強(qiáng)及電流過載能力好等優(yōu)點(diǎn)，傳感器典型接線圖如圖3所示。LA58-P型霍爾電流傳感器采用±15供電，信號(hào)輸出端接一個(gè)輔助測量電阻R13，通過測量測量電阻R13兩端的電壓計(jì)算出要測量的電流值。

圖3 傳感器接線圖

三、結(jié)論

礦用無刷直流電機(jī)是電機(jī)和電力電子技術(shù)的相結(jié)合的產(chǎn)品，在煤礦井下的應(yīng)用前景廣闊。本文結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理器（TMS320LF2407A）設(shè)計(jì)礦用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，并對轉(zhuǎn)子位置檢測和電流檢測電路進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)礦用無刷直流電機(jī)的穩(wěn)定控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)速度快及可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)〔M〕.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] 唐任遠(yuǎn).現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997

[3] 張宇峰，景占榮，羊彥等.擴(kuò)展卡爾曼濾波在無刷直流電機(jī)控制中的應(yīng)用研究.微電機(jī).2007（4）：5-7.