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1、第30卷第5期西安科技大学学报Vo.l30No52010年9月JOURNALOFXIANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYSept2010文章编号:1672-9315(2010)05-0599-05*智能双模电动车控制器的设计12郝兆明,范化明(1.西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安710032;2.东华大学信息科学与技术学院,上海201620)摘要:霍尔信号出错时自动切换到无霍尔工作状态,是当今电动车控制器领域的前沿技术。本文在分析无刷直流电机有霍尔状态和无霍尔状态下控制器的工作过
2、程的基础上,重点研究反电动势法获取电机换相信号的原理及硬件实现,最后给出了主要硬件原理图及软件设计框图,并对电动车在不同运转状态下的电流I和转速n进行了了仿真。性能测试结果表明仿真与测试吻合,该控制器能较好满足实际使用需求。关键词:电动车控制器;无刷直流电机;反电动势法;ATmega88;MOSFET驱动中图分类号:TM921.5文献标志码:A0引言无位置传感器直流无刷电机控制器相比于有位置传感器直流无刷电机控制器具有接线少、工作可靠、性能高等突出优势。其基本原理是电动机的反电动势与转子位置存在一定的关系,通过检测电机的[1]
3、反电动势并对其进行适当处理,可以获得转子位置信号。由于静止或低速时电机反电动势信号为零或[2]很小,难以捕捉有效的转子位置信号,因而无位置传感器直流无刷电机控制器的低速性能比较差。以基于ATMEL公司的ATmega88单片机为核心的智能双模电动车控制器为例,讨论分析控制器设计的方法和特点。该控制器集成有霍尔及无霍尔控制器的优点于一身,可实现电动车直流无刷电机在霍尔位置传感器工作模式(Ha11SensorMode)和无霍尔位置传感器工作模式(SensorlessMode)间进行自动智能双模切换,使电动车在电机霍尔位置传感器损坏的情况下也能
4、正常骑行。1直流无刷电机工作原理普通直流电动机的电枢通过电刷和换向器与直流电源相连,电枢本身的电流是交变的,而无刷直流电机用磁极位置检测电路和电力电子开关逆变器取代有刷直流电机中电刷和换向器的作用,即用电子换向取代机械换向。由位置检测器(有位置传感器或无位置传感器)提供电机转子磁极的位置信号,在控制器中经过逻辑处理产生相应的开关状态,以一定的顺序触发逆变器中的功率开关,将电源功率以一定的逻辑关系分配给电动机定子各相绕组,使电动机产生持续不断的转矩,并通过改变输入电机的平均电压[3]达到调节转速的目的。无刷直流电机工作原理如图1所示。1
5、.1有位置传感器工作过程位置传感器在永磁无刷直流电动机中起着测定转子磁极位置的作用,为逻辑开关电路提供正确的换相信息,即将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号,然后去控制定子绕组换相。图2中,当电动机转子N极位于A(a)处,则传感器a元件感应出信号,使功率晶体管Q1导通,A相绕组中便有电流通过,设其方向为A(流入)、X(流出),便产生水平向左的定子磁场,该磁场与向上的转子磁场相互作用而产生电磁转矩,驱动转子逆时针旋转;当N极旋转至B(b)处,b元件输出信号使晶体*收稿日期:2010-03-23基金项目:陕西省自然科学基础研究计划项目(2
6、009JQ7012)通讯作者:郝兆明(1965-),男,陕西西安人,讲师,主要从事电气与控制教学研究工作.600西安科技大学学报2010年管Q2导通而其余关断,B相绕组通过电流,同样产生逆时针方向的电磁转矩,当磁极旋转至C(c)处,其动[4]作过程与前两处相同。如此反复循环,电动机即可旋转起来。图2无刷直流电机位置传感器工作图图1无刷直流电机工作原理图Fig.2BrushlessDCmotorpositionsensorworkplanFig.1BrushlessDCmotorworki
7、ngprinciple1.2无位置传感器工作过程当三相方波型无刷直流电机采用星型绕组和三相六状态120导通方式驱动时,其反电动势波形是关于转子位置和转速的函数,并且反电动势过零点之后再延迟30电角度就是下一个准确换相时刻。当然,由于三相六状态120导通方式驱动时每隔60就有一次换相,所以在测出反电势过零时刻之后再延迟的时间只要满足通式(30+60*k),k为0,1,2!![5]电角度后都是电机换相时刻,一般取30或90。根据电机的这一特性,人们提出利用反电势过零检测法来实现无位置传感器无刷直流电动机的控制。反电势法检测转子的位置,是通
8、过检测定子绕组未导通相的感应电势,来间接得到转子位置信号的。但定子绕组的感应电势是难以直接测量的,人们实际上是通过检测定子端电压,来间接获得反电势的。因而,∀反电势法#又称∀端电压法#。对于三相星形连接的绕
