丽水学院学报新型缝纫机用永磁直流电动机驱动电路设计陈凯，樊楼英丽水学院工学院，浙江丽水323000性能，通过脚踏板控制缝纫机即动即停。本驱动电路设计很好地解决了离合器电动机电能浪费的缺点，具有较好的应用价值。

　　文献标志码：A 0引言与工业缝纫机配套的主要是带机械离合器的异步电动机。无论缝纫机是否工作，该电动机始终在运转，脚踩缝纫机的控制踏板，带动离合器闭合时，通过摩擦片传递电动机的动力；带动离合器脱离时，通过摩擦片实现制动。工业缝纫机配套离合器电动机的缺点是电能浪费大，用永磁直流电动机替代离合器电动机可消除这种电能浪费。由于永磁直流电动机具有起动转矩大、便于调速和制动的特性，可通过脚踏板控制它的驱动电路，驱动它与缝纫机一起即动即停。工业缝纫机工作时需要快速起动、调速运行和及时制动，永磁直流电动机驱动电路的设计至关重要。本文在分析现有永磁直流电动机驱动电路的基础上，设计一种基于直流斩波控制的，具有良好起动、调速和制动性能，适用于与工业缝纫机配套的永磁直流电动机驱动电路。

　　1目前使用中的电动机驱动电路永磁电机无需励磁电流产生主磁场，其调速用改变电动机电枢供电电压的方法来实现。有两款电路被广泛使用，比较传统的当属晶闸管驱动的电路―――单相半控桥式整流电路，如图1所示。图1中VD1、VD2是整流二极管，VD3是续流二极管，VT1、VT2是晶闸管，通过改变晶闸管的导通角，可以得到不同的电压，从而达到改变电机转速的目的。这种方法的缺点：一是不能制动；二是谐波污染严重；三是控制不灵活。晶闸管的触发电路多由硬件来实现，缺乏柔性，当需要调整加速时间、控制起动电流或增加智能性的误操作保护功能时就比较困难。

　　另一种常用的电路是近年来较为流行的，以新型电力电子器件和单片机为代表的脉宽调制电路常用的无制动不可逆PWM电机驱动电路。图2中的二极管VD1，VD2，VD3，VD4构成全桥整流；电容C1用一个450V、330μF的电解电容就可以了，VM6是内置续流二极管的功率场效应管MOSFET，也可以用IGBT；VD5是续流二极管。

　　当单片机在VM6的控制端送入不同占空比0￣100％的信号时，电机电枢上就能得到0V到310V的电压，电机的转速随之变化。缝纫机电机的功率一般在550W以下，用功率场效应管就足够了，其开关速度可以达到40kHz以上。

　　图1单相半控整流电机驱动电路图2无制动不可逆PWM电机驱动电路上述两种电路由于电枢电流不能反向流动，不能产生制动作用，当操作者松开缝纫机脚踏板时，缝纫机在惯性的作用下停车较慢。

　　2新型可制动的电动机驱动电路为了产生制动作用，必须在原先的基础上增加一个开关管，为反向电流提供通路，在制动时让这个管子起作用，这样电机就能工作在第二象限上。

　　图3所示的就是有制动不可逆PWM电机驱动电路图3有制动不可逆PWM电机驱动电路该电路中VM5、VM6都是功率场效应管，其中VM5、VM6的驱动信号是PWM控制信号，且两者大小相等、极性相反。滤波电容C1除滤波作用外，还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用。镇流电阻Rb也是用于电机制动时消耗部分动能的。当操作者踩下踏板时，VM6和VM5内的续流二极管VD5轮流工作，VM5和VM6内的续流二极管VD6因承受反压而关断，此时即为一降压型斩波电路，如图4所示，i＞0，电路工作在**象限，能量从电源流向负载电机，电机工作在电动运行状态。控制脚踏板的踩下深度，可控制加在VM6上的PWM信号的占空比，进而可控制电机转速，脚踏板踩得越深，占空比越大，电机转速越快。当操作者松开脚踏板时，控制信号的占空比减小，平均电枢电压Ud降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成E＞U的局面，很快使电流i反向，即i＜0，VD5截止，产生能耗制动作用。如图5所示。在制动状态下，VM5和VM6内的续流二极管VD6轮流导通，而VM6始终关断。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容C1充电，这将使电容两端电陈凯，樊楼英：新型缝纫机用永磁直流电动机驱动电路设计开脚踏板时占空比的变化情况。所以在调试过程中，检测到脚踏板松开这一刹车信号时，进入PWM信号产生中断子程序。将脚踏板踩下程度通过霍尔传感器和A／D转换模块转换成对应的数字信号记为D0，存入寄存器R0中。假设踩下越深，D0值越大，其制动流程图如图6所示。流程图中R0表示寄存器R0中的数。

　　图6系统制动流程图实验结果及结论基于上述想法，设计了一款用单片机控制的有制动不可逆PWM电机驱动电路，场效应管选用IRFP460，实验结果令人满意，电机的*大输出功率达到550W，电机*高转速3500r／min，加速时间也和机械制动的电机几乎没有区别。尤其值得一提的是，该电路的制动效果非常好，由于制动时间短，再次起动时不会有迟滞的感觉。

　　［1］王晓明。电动机的单片机控制［M］。北京：北方航空航天大学出版社，2007.

　　［2］邓星钟。机电传动控制［M］。武汉：华中科技大学出版社，压升高，称作泵升电压。假设电压由U提高到sm，则电容储能由增加到sm，储能的增量基本上等于运动系统在制动时释放的全部动能A d.但电力电子器件的耐压限制着*高泵升电压U sm，因此电容量就不可能小，在负载有较大惯量的电机调速系统中，不可能只靠电容器来限制泵升电压，为此在电路中增加镇流电阻R b，在泵升电压达到允许数值时，接通开关器件VM7让镇流电阻来消耗掉部分动能。

　　图4降压斩波电路图5升压斩波电路在制动时，如果脚踏板缓慢松开，制动效果较好，电路能正常工作，但是如果遇到电动机高速运转时，突然迅速将脚踏板完全松开，则VM5快速进入全导通状态，引起回路过流，会造成VM5爆管现象。为了解决这一问题，在制动时加在VM5上的PWM信号通过一段专用的中断服务子程序来生成，其占空比逐渐增大，类似于以某一合理速度松丽水学院学报