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2.1.4 控制芯片
在无刷直流电动机的控制中，最早用模拟电路及分离式元件组成的电路来控制电机，由于其控制电路复杂，且存在零点漂移现象，稳定性不强。因此，逐步被高级的数字控制方式所取代，这些高级的数控方式主要采用单片机或DSP控制。近来随着电子器件工艺水平的提高及集成度的提高，高性能的专用模拟芯片由于其低廉的控制成本，用这些芯片来控制电机又逐渐越来越多。以下简要介绍这几种控制芯片。
(l)单片机控制
与复杂的模拟电路相比，单片机具有以下特点。①电路更简单，运算快，程序修改方便，绝大多数控制逻辑可以通过软件实现。微处理器有更强的逻辑功能，运算速度快，精度高，另外单片机灵活性和适应性强，微处理器的控制方式是由软件完成的，非常方便。②无零点漂移，控制精度高数字控制不会出现模拟电路中经常遇到的零点漂移问题。无论被控量的大或小，都可以保证足够的控制精度。③多机联网工作使单片机有较强的控制功能、低廉的成本。人们在选择电动机控制器时，常常是在满足功能的需要的同时，优先选择成本低的控制器。因此，单片机往往成为优先选择的目标。
(2)DSP控制
数字信号处理器是近年来迅猛发展的新一代数字微处理器，随着价格的大幅度下降，逐渐进入运动控制领域。逐渐进入运动控制领域。美国TI公司的c2O00系列、AD公司的汕珑系列、PIC公司的dsPIC系列，这些都是以DSP为内核的集成电动机控制嵌入式芯片。DSP不但具有高速信DSP号处理能力和数字控制功能，而且还具有电动机控制所必需的外围功能。不但具有高速信在电动机控制控制器种采用DSP，不但可以实现诸如矢量控制、直接转矩控制等控制算法，而且也为现代控制理论及智能控制理论的实现提供了硬件条件。
(3)高性能专用集成芯片
随着IC技术的发展，模拟器件的集成度也越来越高，性能也越来越好。行业专用模拟芯片由于其价格低廉，定制方便，因此大量使用在一些对控制性能要求不是很高的场合。MicroLinear公司ML4425/4428无位置传感器无刷电动机专用控制芯片、安森美公司的330系列等。这些芯片满足基本的电动机调速及控制功能，价格比起数字式芯片又具有一定优势，因此，低端市场很大。
（4）无刷直流电机专用控制芯片MC33035 作为单片直流无刷电机控制的高性能系列芯片之一的MC33035。它内部具备实现一个有限特征、开环、三相或四相电动机控制系统所需要的全部功能，此外，它还可控制直流有刷电机。MC33035采用双极性模拟工艺制造，可在任何恶劣的工业环境条件下保证高品质和高稳定性。
本文采用基于MC33035芯片的控制方案，配合MC33039电子测速器组成无刷直流电动机闭环速度控制集成电路 。
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2.1.5 逆变器件
逆变器件是换相的执行环节，从加世纪50年代普通的反向阻断型晶闸管研发出来后，随着电子技术和半导体制造工艺的发展，先后有GTR、GTO、MOSFET、IGBT、IPM、IGCT等开始了应用。在逆变电路中，可供选择的器件有:SCR、GTO、GTR、MOSFET、(BT等。其中，SCR为半控型器件，CTO、GTR、MOSFET、IGBT是全控型器件。GTR的应用，使电力电子电路由半控型转为全控型，并在不同程度上克服了SCR电路存在的缺点，因而在中小功率领域中出现了GTR电路取代SCR电路的局面。和MOSFET相比较，GTR具有导通内阻低和阻断电压高的优点，但其输入特性却远逊于MOSFET。因为GTR是一种电流控制型器件，其开通增益很低，这对大功率器件控制电路的电磁干扰的消除、制作工艺和电能消耗都是沉重负担。在硬开关环境中，GTR的典型开关频率仅为5kHz，这显然无法满足上述要求;与此相反，MOSFET是一种电压型器件，消耗的功率极低;同时它又是一种高频器件，工作频率可达100kHz，完全能在超音频硬开关环境中工作。但MOsFET管正常工作时，其工作在欧姆区，导通电阻比较大，单管容量有限，一般只适用于电压较低、电流较小的小功率电路中。GTR和MOSFET的优缺点具有明显的互补性，而IGBT的输入特性和开关频率与MOSFET相似，而输出特性和开关容量则与GTR相似，实际上它是一种用MOS门控制的晶体管。但带来良好性能的同时，IGBT管的价格也增加不少，比MOSFET管、CTO管高出很多。目前在小功率且工作电压较低的逆变控制器中，还是MOSFET管的市场占有率比较高。于是从实用和成本角度考虑，本次逆变器件选用MOSFET管
2.2 电机的运行原理
有刷直流电机由于电刷的换向，使得由永久磁钢产生的磁场与电枢绕组通电后产生的磁场在电机运行过程中始终保持垂直从而产生最大转矩，使电机运转。无刷直流电机的运行原理和有刷直流电机基本相同。
无刷直流电机的运行还需依靠转子位置传感器检测出转子的位置信号，通过换相驱动与定子绕组连接的各功率开关管的导通与关断，从而控制定子绕组的通电，在定子上产生旋转磁场，拖动转子旋转。随着转子的转动，位置传感器不断地送出信号，改变定子绕组的通电状态，使得在同一磁极下的导体中的电流方向不变。因此，就可产生恒定的转矩使无刷直流电机运转起来。
无刷直流电机控制器主回路基本类型有三相半控和三相全控两种。三相半控电路的特点是简单，一个功率开关控制一相的通断，每个绕组只通电1/3的时间，另外那时间处于断开状态，没有得到充分的利用,所以我们采用三相全控式电路。如下图2.3所示：
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图2.3 三相全控式逆变电路
这里选定主回路为三相桥式全控星型连接无刷直流电动机主回路，其导通方式主要有两种，一种是二二导通方式，一种是三三导通方式。在两两导通时，每个时刻都有两个功率开关管导通，每隔60°电角度换相一次，每个功率开关管导通120°电角度。如果认定流入绕组的电流产生的力矩方向为正，则从另一个绕组流出的电流产生的力矩方向为负，则它们的合成力矩图如图2.4所示，其合成力矩为3Ta。
在三三导通时，每个时刻都有三个功率开关管导通，每隔600电角度换相一次，每个功率开关管导通180电角度。如果认定流入绕组的电流产生的力矩方向为正，则从另一个绕组流出的电流产生的力矩方向为负，则它们的合成力矩图如图2.5所示，其合成力矩为1.5Ta。
图2.4(a) 二二导通(A,-C通电) 图2.4(b) 二二导通(-C,B通电)
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图2.5(a) 三三导通(A,-B,-C通电) 图2.5(b) 三三导通(A, B,-C通电) 另外，比较两种通电方式可见：在二二通电方式下，每个管子均有60°角度的不导通时间，不可能发生直接短路故障。而在三三通方式下，因每个管子的导通时间为180°角度，一个管子的导通和关断稍有延迟，就会发生器件损坏。而且，两相导通三相六状态工作方式很好地利用了方波气隙磁场的平顶部分，使电机出力很大，转矩平稳性好。
2.3 本章小结
本章简述了电机具体构成部分和各器件延伸介绍以及本次设计初定选用的器件，在介绍电机运行原理中，通过控制回路的效率分析，采用三相全控式逆变电路，而通电方式的选采中，考虑到工作时器件的安全性和有效力矩的比较，决定选用二二通电方式
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第3章 无刷直流电机本体的设计
3.1 电机设计的主要设计指标
[1] 额定输出功率 PN＝1000W [2] 额定电压 UN＝220V [3] 额定转速 nN?3000r/min [4] 额定效率 ?N?87% 于是，有：[5] 额定电流 IN＝PN1000＝＝5.22A ?NUN0.87?2201＋2?N/1001?2?0.87/100‘[6] 计算功率 P＝（）PN??1000?1050W
3?N/1003?0.87/100P'1050[7] 感应电动势初值计算 Ea???201.15V
IN5.22
3.2 电机转子及永磁体和定子的尺寸计算
转子方面 [8] 极对数 p=4
[9] 永磁材料类型 钕铁硼 钕铁硼，是应用最多的新型永磁材料，在正常温度下，其剩磁Br可达1.29T，矫顽力Hc可达987KA/M，这种材料退磁曲线也呈线性，是用来制造永磁电机的理想材料。但是它的温度系数较高，在高温下容易退磁，所以这种材料制作的电机在低温下运行特性很稳定。 [10] 电枢铁心材料 D23
硅钢片本身为软磁材料，软磁材料的磁滞效应较小，其较高的磁导率，使得磁阻很小，这样，小磁阻和高磁导使得电机在通入交流电时铁心损耗很小。
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