三相直流無刷電動機變頻控制的遠(yuǎn)洋捕撈裝置電路設(shè)計

• 項目及可行性分析

  本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201612/332307.htm

1. 項目名稱：基于FPGA的三相直流無刷電動機變頻控制的遠(yuǎn)洋捕撈裝置電路設(shè)計

2. 項目主要內(nèi)容：遠(yuǎn)洋捕撈裝置在實際的運行過程中要具有根據(jù)魷魚重量的大小而自動調(diào)節(jié)為加速或減速狀態(tài)的功能，并且要具有計量釣繩長度的能力以實現(xiàn)當(dāng)釣繩被全部卷起時釣機自動停止的功能。

本項目采用FPGA控制三相直流電機，利用其中的EAB可以構(gòu)成存放電機各相電流所需的控制波形數(shù)據(jù)表和利用FPGA設(shè)計的數(shù)字比較器可以同步產(chǎn)生多路PWM電流波形，對三相直流電機進(jìn)行靈活控制，從而滿足遠(yuǎn)洋捕撈裝置在實際運行過程中的所需。

1. 創(chuàng)新性：使用XLINX公司的FPGA、功率器件智能模塊IPM PS21865 和霍爾傳感位置偵測，實現(xiàn)直流無刷電動機驅(qū)動和調(diào)速，直流無刷電動機BLDC采用電子換向器替代了傳統(tǒng)直流電動機的機械換向裝置，克服了電刷和換向器所引起的噪聲、火花、電磁干擾、壽命短等弊病。直流無刷電動機既具備交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便等。而這些用傳統(tǒng)的單片機和DSP的控制都難以達(dá)到同樣的控制效果。

2. 實用性：使用FPGA實現(xiàn)多路PWM控制，無須外接D/A轉(zhuǎn)換器，使外圍控制電路大大簡化，控制方式簡潔，控制精度高、控制效果好；控制器采用通用的微控制器AT89S51，技術(shù)成熟，成本低廉。

可實現(xiàn)性：

FPGA模塊設(shè)計是通過查詢ROM的方式，獲取所存儲的PWM波形數(shù)據(jù)，再經(jīng)由數(shù)字比較器產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波形輸出。FPGA模塊在接收到控制器AT89S51模塊發(fā)送過來的命令后，通過對地址計數(shù)器進(jìn)行控制而獲取不同PWM波形數(shù)據(jù)，可以輸出三相直流電機的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)動速度、工作/停止?fàn)顟B(tài)的控制信號。

IPM模塊對FPGA模塊輸出的控制信號進(jìn)行功率放大，從而實現(xiàn)對三相直流電機速度的控制。同時，IPM模塊也會返回三相直流電機的過載保護(hù)和出錯保護(hù)信號到控制器AT89S51模塊，控制器模塊在接收到過載保護(hù)和出錯保護(hù)信號之后會向FPGA模塊發(fā)出中止命令，F(xiàn)PGA模塊根據(jù)命令中止三相直流電機的運轉(zhuǎn)，從而起到保護(hù)電機的作用。

• 項目實施方案

方案基本結(jié)構(gòu)圖

圖3-1

方案描述

目前大多數(shù)遠(yuǎn)洋漁船配備的遠(yuǎn)洋捕撈裝置電源控制，仍是采用以往的穩(wěn)恒輸出方式，即電源控制電動機的信號穩(wěn)定，以實現(xiàn)勻速控制釣線裝置。在實際應(yīng)用過程當(dāng)中暴露出很多問題，傳統(tǒng)的控制方式不能自動應(yīng)對一些特殊情況，比如捕撈魚類數(shù)量突然增多造成釣機過載，或者由于脫落造成捕撈裝置空載，以及釣線裝置已經(jīng)回收結(jié)束，電動機不能自動停止，這時候無法及時變頻控制電動機的電源輸出，極容易發(fā)生事故。所以電動機變頻及控制的問題需要得到及時解決。我們小組成員計劃利用FPGA技術(shù)，設(shè)計一個三相直流無刷電動機變頻控制的遠(yuǎn)洋捕撈裝置電路。以達(dá)到靈活智能控制釣線裝置，應(yīng)對特殊情況。

直流電機無刷控制原理

電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，與三相異步電動機十分相似。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等。直流無刷電動機的控制原理簡圖如圖3-2 。