自动验票闸门用低速无刷直流电机驱动探究探析

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1、自动验票闸门用低速无刷直流电机驱动探究探析　　摘要：针对现有多采用单片机通过减速器驱动直流有刷电机构成的自动验票闸门时常夹住行人等现象，本文主要探讨了通过MC33033控制无刷直流电机驱动自动验票闸门的可能性。关键词：验票闸门；无刷直流电机；MC330330引言在日常生活中，自动验票闸门夹住过往行人的事故时有发生。调查发现，现有的自动验票闸门系统采用直流有刷电机通过齿轮减速器控制，这就导致控制精度不高，损耗较大并且寿命不长，在实际运行中经常出现夹住行人或行李的现象[1]。本文主要研究自动验票闸门用低速无刷直流电机驱动的可能性。1直流无刷电机性能介绍直流无刷电机由电动机主体和驱动器组成，是

2、一种典型的机电一体化产品。其最本质的特征就是没有机械换向器和电刷所构成的在运动中机械接触式换流结构，而代之以永磁转子磁极位置传感器——电子逻辑电路和功率开关线路共同组成的电子换向器，实现了直流电动机由直流电源供电逆变成电动机绕组内部的交变电流，从而实现机电能量转换。7直流无刷电机是一种无换向器的元件，虽然和有刷直流电动机虽然有着相同的运行机理，但在运行性能方面有着一定的差异。无刷直流电机的优点在于：1）全面替代直流电机调速、全面替代变频器+变频电机调速、全面替代异步电机+减速机调速；2）具有传统直流电机的所有优点，同时又取消了碳刷、滑环结构；3）可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动

3、大的负载；4）体积小、重量轻、出力大；5）转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小；6）无级调速，调速范围广，过载能力强；7）软启软停、制动特性好，可省去原有的机械制动或电磁制动装置；8）效率高，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗，综合节电率可达20%～60%，仅节电一项一年收回购置成本；9）可靠性高，稳定性好，适应性强，维修与保养简单；10）耐颠簸震动，噪音低，震动小，运转平滑，寿命长；11）没有无线电干扰，不产生火花。7通过直驱式直流无刷电机控制的自动验票闸门系统能够实现闸门的直接驱动，不靠齿轮减速器，能有效减少齿轮传动引起的摩擦，减少噪音，并且使电机易

4、于控制，反应加快。因此直驱式直流无刷电机应用到检票闸门上时，可以改善现有闸门系统不够灵敏，寿命不长，难以控制的现况。2自动验票闸门用低速无刷直流电机驱动的控制探讨DSP与MC33033都可以作为低速无刷直流电机的控制器，但经过研究后发现，基于DSP的控制器最大优点在于计算能力和数据处理能力强大，硬件方案亦较简单，控制精度高，条件要求严格，但其价格比较高，技术支持方面相对不足[2]。由于验票闸门的驱动精度已由无刷直流电机保证，那么控制精度的要求可以适当降低，为此我们选用成本较低的MC33033控制。MC33033是MOTOROLA公司生产的一种高性能无刷直流电动机控制器，它不仅具有MC33

5、034和MC33035控制器的功能，而且还具有开环、三相或四相电动机所需要的功能，是第二代无刷直流电动机控制器的典型芯片。图1所示是专用控制芯片MC33033的内部电路原理图，它由转子位置传感器信号处理、参考电压调节器、振荡器、误差信号放大器、脉冲宽度调制器（PWM）以及欠电压锁定、过电流限制、过热关断和输出驱动电路等部分组成。由于MC330337采用了温度补偿和双极模拟技术，并具有欠压保护、自锁关断模式的电流限制及热关断保护等功能，被广泛应用于各种无刷直流伺服电动机控制系统[3]。在无刷直流电动机中，感应电动势的幅值与电动机的转速成正比，因此，通过调节输入电动机的端电压可以达到调节转速

6、的目的。MC33033使用PWM控制方式来调节端电压大小，逆变器功率开关不但实现无刷直流电机的换相控制，同时还要实现电机的调速控制。增大PWM波的占空比，输出到电动机上的平均电压就会增大，电枢电流和转矩增大，电动机加速，反之即可实现减速。这种改变电源电压的调速方式与普通直流电动机类似，可以实现电动机的无级平滑调速，调速性能良好。3用低速无刷直流电机代替有刷电机驱动自动验票闸门的可能性目前市场上自动验票闸门动力传动是：无刷直流电机—皮带轮减速—减速离合器—摆闸。按规格不同，电动机额定功率在40～80W，通常额定转速200r/min左右，皮带轮减速约为1.75左右[4]。7直流有刷电机之所以

7、占据绝大部分市场的原因在于其成本较低，据调查，国产直流无刷电机比同规格直流有刷电机价格高出一倍，而进口直流无刷电机价格更高。但是，随着科技的不断发展与社会的不断进步，直流无刷电机突出的节能优势、低故障优势一定可以弥补其价格上的不足，况且现有的验票闸门事故发生频繁，不仅带来维修、更新等额外经济损失，更重要的是给人们的生活造成很大的不便利。采用低速无刷直流电机直接驱动自动验票闸门带来如下好处[5]：1）直接驱动简化了自动验票闸门的传动结