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直流電機(jī)控制器調(diào)速的三大控制類型及簡(jiǎn)化電路圖說(shuō)明

發(fā)布時(shí)間:2023-05-11 17:49:43人氣:

 一、方向控制器:H橋


 H橋電路是控制直流電機(jī)的最簡(jiǎn)單方法之一。下面的圖1顯示了H橋的簡(jiǎn)化電路圖:

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 用于直流電機(jī)方向控制的H橋電路


 直流電機(jī)控制器有四個(gè)成對(duì)控制的開(kāi)關(guān)(1和4、2和3),當(dāng)其中任何一對(duì)閉合時(shí),它們就會(huì)完成電路并為電機(jī)供電。因此,可以通過(guò)將某些開(kāi)關(guān)配對(duì)在一起來(lái)制作4象限電機(jī),其中不斷變化的極性會(huì)對(duì)電機(jī)產(chǎn)生不同的影響。本質(zhì)上,該電路正在切換直流電機(jī)的引線,這將根據(jù)命令反轉(zhuǎn)其旋轉(zhuǎn)方向。它們很容易作為芯片出售,并且可以在大多數(shù)基于微處理器的控制器中找到,因?yàn)镠橋可以通過(guò)晶體管縮小到非常小的尺寸。


 H橋不僅可以反轉(zhuǎn)電機(jī)方向,還可以用于速度控制。如果只需要方向控制,那么H橋?qū)⒂米魉^的非再生直流驅(qū)動(dòng)器。但是,可以增加更多的復(fù)雜性來(lái)創(chuàng)建再生直流驅(qū)動(dòng)器。圖2顯示了一個(gè)可視化再生驅(qū)動(dòng)器工作原理的圖表:

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 表示在直流電機(jī)上改變極性時(shí)速度和扭矩方向的圖表。請(qǐng)注意當(dāng)它們朝同一方向工作時(shí)如何產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),以及當(dāng)它們相反時(shí)如何實(shí)現(xiàn)斷裂。


 大多數(shù)直流電機(jī)只需切斷電機(jī)的電源即可減速;再生驅(qū)動(dòng)器包括制動(dòng)功能,其中在電機(jī)運(yùn)行時(shí)切換極性將導(dǎo)致減速。象限1和3被認(rèn)為是電動(dòng)象限,其中電機(jī)在任一方向提供加速度,并且是非再生驅(qū)動(dòng)器控制的。象限2和4被認(rèn)為是制動(dòng)象限,電機(jī)正在減速,再生驅(qū)動(dòng)器從中受益。當(dāng)電機(jī)速度與電機(jī)扭矩相反時(shí),電機(jī)變成發(fā)電機(jī),其機(jī)械能將驅(qū)動(dòng)電流返回電源(稱為再生制動(dòng))。此功能可減少能量損失并可為電源充電,從而有效提高電機(jī)效率。

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 每個(gè)象限的電路圖,顯示了電機(jī)和電源電壓的大小。注意電流方向(I a)如何從電機(jī)移動(dòng)到象限2和4中的電源。


 當(dāng)電機(jī)減速時(shí),E a(電機(jī)產(chǎn)生/使用的電壓)大于電源電壓(V a),電流將流回電源。再生制動(dòng)目前正在電動(dòng)汽車和其他需要最大限度提高效率的應(yīng)用中進(jìn)行研究。這種方法不僅創(chuàng)造了直流電機(jī)控制,而且還提供了一種降低功耗的巧妙方法。


 二、速度控制器:脈沖寬度調(diào)制(PWM)


 正如我們關(guān)于交流電機(jī)控制器的文章中所見(jiàn),PWM可用于多種電機(jī)。本質(zhì)上,PWM電路通過(guò)模擬電源電壓的降低/升高來(lái)改變電機(jī)速度。可調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制器向電機(jī)發(fā)送周期性脈沖,當(dāng)與線圈電感引起的平滑效應(yīng)相結(jié)合時(shí),使電機(jī)運(yùn)行起來(lái)就好像它是由較低/較高的電壓供電一樣。例如,如果12 V電機(jī)的PWM信號(hào)在每個(gè)周期的三分之二時(shí)間為高電平(12 V),其余時(shí)間為低電平(0 V),則電機(jī)將有效地以全電壓的三分之二運(yùn)行,或8 V。因此,電壓降低的百分比或PWM占空比將改變電機(jī)的速度。PWM實(shí)施起來(lái)既簡(jiǎn)單又便宜,而且?guī)缀蹩梢赃x擇任何占空比,從而幾乎可以連續(xù)控制電機(jī)速度。PWM通常與H橋配對(duì),以實(shí)現(xiàn)速度、方向和制動(dòng)控制。


 三、電樞控制器:可變電阻


 影響直流電機(jī)速度的另一種方法是改變通過(guò)勵(lì)磁線圈或電樞饋入的電流。當(dāng)通過(guò)這些線圈的電流發(fā)生變化時(shí),輸出軸的速度將發(fā)生變化,因?yàn)槠渌俣扰c電樞磁場(chǎng)的強(qiáng)度(由電流決定)成正比。與這些線圈串聯(lián)的可變電阻器或變阻器可用于改變電流,從而改變速度。用戶可以通過(guò)增加電樞線圈的電阻來(lái)降低轉(zhuǎn)速,也可以通過(guò)增加定子電阻來(lái)提高轉(zhuǎn)速,都是通過(guò)調(diào)節(jié)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。請(qǐng)注意,這種方法會(huì)導(dǎo)致電機(jī)效率低下,因?yàn)樵黾与娮枰馕吨鴷?huì)損失更多的熱量能量,這就是PWM是首選直流電機(jī)控制器類型的原因。

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