基于MC33035的煤礦用無刷直流電機控制器設計

王丹

【摘要】 本文在分析煤礦用無刷直流電機原理和專用控制芯片（MC33035）功能的基礎上，設計了以MC33035為核心的煤礦用無刷直流電機控制器，對控制系統整體結構、電子測速單元和脈寬調制單元進行詳細設計。煤礦用無刷直流電機控制器具有結構簡單、性能穩定即安全特性好等特點，利用CAN通訊技術與上位機之間進行通訊，為實現煤礦用無刷直流電機智能控制技術奠定基礎。

【關鍵詞】 煤礦 電機 MC33035 通信 測速

一、前言

開展煤礦電氣設備安全性能的研究，提高煤礦用無刷直流電機控制系統的安全性，對于保證煤礦安全生產、避免造成安全生產事故的隱患具有重要的理論和現實意義。本文首先對煤礦用無刷直流電動機的結構進行介紹，然后以無刷直流電機專用控制芯片MC33035為核心對煤礦用無刷直流電機的控制器進行了整體結構，最后利用對控制器的電子測速單元、脈寬調制單元等進行詳細設計。

二、無刷直流電機

煤礦用無刷直流電機利用繞組通電產生的電磁場和永磁體的磁場之間的相互作用，繞組電流根據轉子的位置進行合理換向，保證輸出持續轉矩驅動電機旋轉。煤礦用無刷直流電機選用徑向充磁的瓦形永磁材料作為永磁體，對永磁體的空間布局進行合理設計，然后裝配到電機轉子上。在電機定子上纏繞規則的三相電樞繞組，由于永磁體的磁導率幾乎接近空氣，所以電樞反應電感小，電機的輸出特性機械強度高。

三、控制器設計

控制器工作過程：控制按鈕將動作指令發給專用控制芯片（MC33035），MC33035采集霍爾傳感器輸出電機轉子位置信息，發出控制信號給隔離驅動電路，使其發出穩定的驅動信號驅動IGBT模塊的導通，使電機動作。霍爾傳感器實時將檢測到的電機的轉子位置信息傳遞給專用控制芯片，MC33035根據轉子位置信息在正確的時刻進行換向，保證電機按持續運轉。同時電子測速芯片（MC33039）將采集到的霍爾元件信號轉換成與轉速成正比的電壓信號反饋給單片機，形成速度的閉環控制。脈寬調制電路對控制信號進行調節，實現對煤礦用無刷直流電機速度控制，CAN通訊電路利用單片機和CAN控制器將控制器信息傳遞給上位機，實現控制器與計算機之間的通信，控制系統結構框圖如圖1所示。

MC33035是MOTOROLA公司第二代高性能無刷直流電機專用芯片，采用雙極性模擬工藝制造，在任何惡劣的環境條件下仍然具有很高的穩定性。芯片內包含有誤差信號放大器、PWM脈沖調制放大器和3個集電極開路頂端驅動輸出，還有用于正確整流時序的轉子位置譯碼器。MC33035帶有欠鎖定功能及欠壓保護、過流保護、故障信號輸出、制動輸入等功能，它是一種具有開環正轉和反轉、以及運行使能的電機控制小型專用系統。

脈寬調節單元實現系統的速度調節，選用TL494芯片來實現系統速度控制。TL494具有抗干擾能力強、結構簡單、可靠性高以及價格便宜等特點。TL494由基準電壓產生電路、振蕩電路、間歇期調整電路、兩個誤差放大器、脈寬調制比較器以及輸出電路等組成，通過調節相位校正和增益控制引腳的電壓，改變輸出信號的占空比，進而改變電機的轉速。

MC33039是一款高性能閉環速度控制芯片，專用于各種無刷直流電機控制系統中，常與MC33035芯片構成無刷電機控制器。MC33039直接將三相無刷直流電機轉子位置傳感器的三個方波輸入信號，經F/V變換成正比于電機轉速的電壓信號。當電機加速時，輸出脈沖序列的平均電壓將會上升，此信號在外接低通濾波器處理后，即可得到與轉速成正比的測速電壓。

四、結束語

本文對煤礦用無刷直流電機控制器進行設計，主要包括控制器整體結構、電子測速單元和脈寬調制單元等，控制器具有性能穩定、安全性好等優點，滿足設計要求。煤礦用無刷直流電機屬于井下安全生產重要的設備，對其控制技術進行研究對于保證礦井安全和推進現代化礦井的建設具有重要的意義。

參考文獻

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