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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:任萬祥
研究生(外文):Wai-Hsiang Jen
論文名稱:無刷直流馬達控制技術之實現-以TIUCC3626為例
論文名稱(外文):Implementation of a Brushless DC Motor Controller Using the TI UCC3626 as Example
指導教授:林仁得林仁得引用關係
指導教授(外文):Jen-Der Lin
學位類別:碩士
校院名稱:南榮技術學院
系所名稱:工程科技研究所碩士在職專班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:無刷直流馬達UCC3626UC3845馳返式轉換器
外文關鍵詞:Brushless DC MotorUCC3626UC3845Fly-back Converter
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自馬達出現後,無不研究如何控制可達最佳化。隨著時代的演進,馬達應用於更多地方,大如工業用馬達,小到家電用品,幾乎無所不在。隨著新材質的開發,使馬達也逐漸有許多區分,所以需隨著不同的馬達以及不同的需求,而有其相對的控制方法。
本文採用有霍爾元件的無刷直流馬達作為控制對象,並使用德州儀器所生產之元件編號UCC3626作為控制元件。選擇此控制元件主要為該元件有霍爾元件訊號輸入點,可符合本文所用之控制對象。其電路設計主要藉由控制參考電壓改變脈衝寬度調變,來達到控制馬達轉速。而在電源部分,採用市電110V與220V共用之設計,使用UC3845作為控制元件,並使用馳返式轉換器,使其輸出電壓控制在DC175V。轉速部分使用七段顯示器顯示,採用89C51作為控制元件。但由於考慮到其輸出腳位有所限制,因此在額外加上IC編號74LS47協助。
本論文將以上控制元件加以整合,即可達到控制本文所使用之馬達。其主要實現目標為將UC3626加以實際應用,並克服電源降壓轉換等問題,最後可藉由七段顯示器顯示出目前之轉速,讓使用者可隨時了解其相關設定是否有所變更。
Various algorithms for the optimal control systems of the motors have been addressed in the literature since the motor was devised. Over the past century, the applications of the motors have been one of the fastest-growing industries of all time and are practically a part of our lives such as the industrial motors or the home appliances. However, through the new materials are discovered and invented, the different forms of the motors are arisen too. Therefore, with different demands, the different motor drive systems are proposed.
In this thesis, the driver of the Brushless DC Motor (BLDCM) with the Hall sensors is presented. The chip UCC3626 manufactured by Texas Instruments is chosen to control BLDCM. The main reason of choosing UCC3626 is because UCC3626 has a suitable signal input for the Hall sensors, and thus matches the target to control the BLDCM. For controlling the speed of the motor, the pulse width modulation (PWM), which is controlled by the reference voltage, is used. As for the power supply, due to the limitation of the input voltage which is 110 V or 220 V, the switch power supply technique, in which the chip UC3845 is used as the control kernel, is considered in this thesis. Besides, a fly-back converter is employed to control the output voltage at DC 175 V. In addition, the motor speed is calculated by the single chip 8051 and then the result is displayed by the seven-segment displays. Finally, due to the consideration on the limitation of the output pins of 8051, an addition IC 74LS47 is exploited.
This thesis integrates the above components and comes up with the BLDCM driver. The main goal of this thesis is to understand the correct usage of UCC3626 and solve the problem of the speed through PWM. The seven-segment displays are used to show the current speed to let the user immediately to observe the modification of the related settings.
中文摘要.......................................i
英文摘要.......................................ii
誌 謝..........................................iii
目 錄..........................................iv
表目錄.........................................vi
圖目錄.........................................vii
第一章 緒 論.................................1
第一節 研究動機.................................1
第二節 研究方法與目的............................3
第三節 論文架構.................................3
第二章 永磁式同步馬達工作原理簡介.................5
第一節 無刷直流馬達簡介..........................5
第二節 轉子偵測元件.............................7
第三節 無刷直流馬達控制原理......................10
壹、星形三相半橋式驅動..........................11
貳、星形三相全橋式驅動..........................12
參、三角形三相全橋式驅動電路.....................17
第四節 無刷直流馬達轉換方式簡介..................18
壹、電流控制轉換方式............................18
貳、電壓控制轉換方式............................19
參、PWM控制轉換器 ..............................21
第三章 元件介紹.................................26
第一節 電源管理元件.............................26
第二節 馬達控制元件.............................29
第三節 電晶體驅動電路設計........................32
第四節 微處理機介紹.............................35
第五節 74LS47介紹 ..............................36
第四章 電路設計.................................37
第一節 電源供應.................................37
第二節 控制訊號.................................41
第三節 IR2110控制 ..............................44
第四節 89C51應用架構............................45
第五章 研究結果.................................47
第一節 電源供應.................................47
第二節 控制訊號.................................49
第三節 IR2110控制 ..............................61
第四節 89C51應用架構............................66
第六章 結論與展望...............................67
參考文獻 ......................................68
自傳...........................................71
表目錄
表2.1 星型三相全橋式120°導通方式位置訊號與繞組導通順序...14
表3.1 UC3845各接腳名稱與作用..........................26
表3.2 UCC3626各接腳名稱與作用.........................30
表3.3 IR2110各接腳名稱與作用..........................33
表3.4 89C51各接腳名稱與作用...........................35
圖目錄
圖1.1 馬達之分類......................................1
圖2.1 無刷直流馬達系統圖...............................5
圖2.2 有刷直流馬達示意圖...............................6
圖2.3 有刷直流馬達內部構造示意圖........................6
圖2.4 霍爾元件應用....................................8
圖2.5 霍爾元件裝置於馬達上.............................9
圖2.6 霍爾元件電路....................................9
圖2.7 光編碼器應用示意圖..............................10
圖2.8 三相轉換器架構圖................................11
圖2.9 三相轉換器位置檢測訊號...........................11
圖2.10 繞組磁通與轉子磁極相對位置圖.....................12
圖2.11 星型三相全橋式架構..............................13
圖2.12 星型三相全橋式120°導通方式工作原理................14
圖2.13 星型三相全橋式120°導通方式反電動勢及開通順序.......15
圖2.14 星型三相全橋式180°導通方式工作原理................16
圖2.15 星型三相全橋式180°導通方式反電動勢及開通順序........17
圖2.16 三角形三相全橋式架構.............................18
圖2.17 電流控制轉換器..................................19
圖2.18 馬達與發電機模態................................19
圖2.19 電壓控制轉換器..................................20
圖2.20發電機模態......................................20
圖2.21(A) 馬達低速時PWM動作原理........................21
圖2.21(b) 馬達高速時PWM動作原理........................21
圖2.22 上臂PWM切換法則................................22
圖2.23 PWM ON時電流流通情形...........................23
圖2.24 上臂PWM OFF時電流流通情形......................24
圖2.25下臂PWM OFF時電流流通情形.......................24
圖2.26 上下臂PWM 皆OFF時電流流通情形..................25
圖3.1 UC3845內部電路【18】...........................26
圖3.2 補償電路.......................................27
圖3.3 電流檢測電路...................................28
圖3.4 頻率RT/CT 設定.................................28
圖3.5 UCC3626外觀圖[19].............................29
圖3.6 UCC3626內部電路[19] ...........................30
圖3.7 UCC3626電流偵測電路 ...........................32
圖3.8 IR2110內部電路[20] ...........................33
圖3.9 IR2110應用電路................................34
圖3.10 89C51外觀[21]...............................35
圖3.11 74LS47內部電路[22]...........................36
圖4.1 系統架構方塊圖.................................37
圖4.2 電源供應電路架構...............................38
圖4.3 交/直流整流 ...................................39
圖4.4 UCC3845應用電路...............................39
圖4.5 二次側輸出電路.................................40
圖4.6 控制訊號整體電路...............................41
圖4.7 閉迴路控制系統.................................42
圖4.8 閉迴路控制系統簡化..............................42
圖4.9 換流器電路圖...................................44
圖4.10 89C51應用電路................................45
圖5.1 成品照片......................................47
圖5.2 電源供應實體圖.................................47
圖5.3 直流電壓......................................48
圖5.4 Q1 G-S端電壓..................................48
圖5.5 直流175V電壓..................................49
圖5.6 控制訊號實體圖.................................49
圖5.7 命令電壓與馬達無載與有載轉速對照圖................50
圖5.8 HALLA、HALLB無載輸出訊號.......................51
圖5.9 HALLA、HALLC無載輸出訊號.......................52
圖5.10 UCC3626第3腳訊號.............................52
圖5.11 HALLA、HALLB有載輸出訊號......................53
圖5.12 HALLA、HALLC有載輸出訊號......................54
圖5.13馬達轉速與負載關係曲線圖........................54
圖5.14 UCC3626 AHI、BLOW無載輸出訊號(PWM責任週期等於100%).. 55
圖5.15 UCC3626 AHI、CLOW無載輸出訊號(PWM責任週期等於100%).. 55
圖5.16 UCC3626 AHI、BLOW有載輸出訊號(PWM責任週期等於100%).. 56
圖5.17 UCC3626 AHI、CLOW有載輸出訊號(PWM責任週期等於100%).. 56
圖5.18 UCC3626 AHI、BLOW無載輸出訊號(PWM責任週期小於50%)... 57
圖5.19 UCC3626 AHI、CLOW無載輸出訊號(PWM責任週期小於50%)... 58
圖5.20 UCC3626 AHI、BLOW有載輸出訊號(PWM責任週期小於50%)... 58
圖5.21 UCC3626 AHI、CLOW有載輸出訊號(PWM責任週期小於50%)... 59
圖5.22 UCC3626 晶片震盪頻率...............................60
圖5.23 變更UCC362 調整晶片震盪頻率曲線..................... 60
圖5.24 換流器實體圖.......................................61
圖5.25 Q1S端與Q6D端無載波形(PWM責任週期等於100%)............62
圖5.26 Q1S端與Q2D端無載波形(PWM責任週期等於100%)............62
圖5.27 Q1S端與Q6D端有載波形(PWM責任週期等於100%)............63
圖5.28 Q1S端與Q2D端有載波形(PWM責任週期等於100%)............63
圖5.29 Q1S端與Q6D端無載波形(PWM責任週期小於50%).............64
圖5.30 Q1S端與Q2D端無載波形(PWM責任週期小於50%).............64
圖5.31 Q1S端與Q6D端有載波形(PWM責任週期小於50%).............65
圖5.32 Q1S端與Q2D端有載波形(PWM責任週期小於50%).............65
圖5.33 89C51硬體架構實體圖.................................66
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[18]http://www.fairchildsemi.com/ds/UC/UC3845.pdf
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[20]http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf
[21]http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc0265.pdf
[22]http://maven.smith.edu/thiebaut/270/datasheets/sn74ls47rev5.pdf
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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