直流电机控制器的设计和功能取决于电机和电子系统的特点,它的权力。刷直流电机控制器的使用例子,我们将考虑其工作原理和电路设计。gydF4y2Ba
BDC电动机控制器的设计和操作特性gydF4y2Ba
安德烈Solovev,首席技术官兼联合创始人|gydF4y2BaIntegra来源gydF4y2Ba
电动机控制器可以在电机的性能起着关键作用,包括那些由直流(DC)。直流电机在19世纪,开始使用,此后他们一直广泛。各种类型的直流电机既有相似和不同的控制系统。本文概述了直流电机类型和应用程序和重点刷直流电机及其控制器。gydF4y2Ba
简要介绍直流电机gydF4y2Ba
无刷直流电机类型包括刷,步进和伺服电机。最后一个类型是直流电机配置或用于角定位机制。直流电机由建设gydF4y2Ba转子(或电枢)下旋转磁场和定子绕组或永久磁铁。连续运行,直流电机磁场需要创建一个变量。gydF4y2Ba
例如,刷直流(BDC)汽车公司实现这一目标通过使用机械换向器和碳刷,而无刷直流(刷)汽车用电子控制器开关极性。gydF4y2Ba
直流电机类型gydF4y2Ba
缺乏与画笔使无刷直流电机换向器更耐磨和故障安全。这是广泛应用于工业电子产品和电动交通工具,如汽车,摩托车,自行车,和无人机。步进电机使电子设备与高精度修正他们的位置,这对机器人和数控机器是至关重要的。gydF4y2Ba
虽然有刷直流电机看起来像一个古董相比,其无刷,很多电子产品制造商,工程师,用户还没有刷他们一边。你可以找到他们在许多消费电子产品,包括:gydF4y2Ba
- 家用电器;gydF4y2Ba
- 玩具;gydF4y2Ba
- 汽车电子产品。gydF4y2Ba
至少有两个重要的关于使用刷电动机参数,即它的简单性和低成本。刷直流电机有更简单的结构,很容易实现,运行和控制。你不需要精密的电子和一个大预算建立BDC电动机控制器。这就是为什么我们决定在本文中强调这种类型的电机。gydF4y2Ba
刷直流电机及其控制器gydF4y2Ba
正如前面提到的,刷直流电机机械换向器和电刷。它连接的转子直流源和开关电流极性。结果,生成的磁场在转子绕组改变极性。gydF4y2Ba
转子走向电荷相反的部分定子各种配置。根据这些配置,BDC汽车分类如下:gydF4y2Ba
永磁BDC汽车gydF4y2Ba
电动机的定子永磁体。这样的汽车提高了速度控制和高扭矩在一开始,但有一定的扭矩限制,他们不能超过。gydF4y2BaBDC汽车系列gydF4y2Ba
电动机的定子绕组串联连接的转子。这些汽车高转矩马达启动时,但他们可怜的速度控制。gydF4y2Ba分流BDC汽车gydF4y2Ba
电动机的定子绕组与转子并联。电机提供了增加速度控制,包括反向旋转。gydF4y2Ba复合BDC汽车gydF4y2Ba
这些汽车伤口系列和并联电机的定子和组合特征。gydF4y2Ba
BDC电机类型gydF4y2Ba
与无刷直流电机,刷马达的控制器不参与交换的过程。BDC电机控制器调节电机的速度、力矩、转动方向,根据需求和其他参数。这些参数的调节密切相关的控制电流和电压提供给电机。有两个选项用来完成这个。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba线性电压调整器使用晶体管调节器注入电压电动机并保持稳定水平。,输出电压总是不变,所以将其保持在适当的水平,输入电压必须更高。这往往导致功耗。gydF4y2Ba
线性调节器很简单,廉价,适用于低功耗应用程序。然而,却很少发现在现代电机由于其低效率。更有效地消耗电力,BDC电动机控制器使用gydF4y2Ba开关稳压器,以使得它可以在脉冲电源电压。gydF4y2Ba
调用此方法gydF4y2Ba脉冲宽度调制(PWM)。控制器可以把输入功率分成积极的信号,或脉冲,当权力,权力时和被动信号。因此,一个脉冲周期包括一个周期的开关电源PWM BDC电动机控制器。改变占空比(脉冲的脉冲周期的比值)和供应电压在一定程度上增加或减少所需电机的速度。gydF4y2Ba
考虑到它的广泛使用,让我们看看刷直流电机控制器的电路设计,开关式稳压器。gydF4y2Ba
BDC电动机控制器电路gydF4y2Ba
大多数现代BDC电动机控制器电路有一个所谓的安排gydF4y2Bah桥。h桥电路包括四个开关,电源电压和电机旋转时打开对角线。门驱动程序接收信号从一个单片机(MCU);之后,他们关闭或打开开关提供所需的电压水平。您可以使用不同类型的晶体管的开关,包括:gydF4y2Ba
- 功率场效应晶体管gydF4y2Ba
- 氮化镓gydF4y2Ba
- IGBTgydF4y2Ba
h桥BDC电动机控制器电路gydF4y2Ba
根据需求,您可以选择离散组件和一个h桥集成电路(IC)。门驱动程序也是一样可以是离散或内置的晶体管。门驱动器集成电路与一个重要的缺点是开发者选择——它不是可定制的。所以,如果你计划为大功率应用程序创建一个定制的控制器,它是更好的构建从离散的组件。gydF4y2Ba
BDC电动机控制器电路可以不同的复杂性。例如,一个没有反馈gydF4y2Ba开环控制器设计更容易,因为它不需要任何的反馈机制。如果一个控制器需要监控电机的状态和对其行为的任何波动,必须有一个反馈或闭环控制系统。gydF4y2Ba
例如,控制速度,您可以使用采用霍尔传感器、旋转编码器安装在电机上。这些传感器将电机的革命转化为数字信号读取的闭环控制器。gydF4y2Ba
BDC电动机控制器的设计可以有各种选择和细微差别,取决于控制器的功能。在本文中,我们想要专注于制动的重要功能由现代直流电机控制器。gydF4y2Ba
制动下死点马达gydF4y2Ba
您可以使用几种方法来停止或打破刷直流电机。这些方法可以用各种不同的电机定子的配置。在这里,我们将查看永磁BDC电动机的制动,这是广泛使用,因为它体积小,轻型结构,效率高。所以,有三种基本停止电动机和一个额外的方式:gydF4y2Ba
动力制动gydF4y2Ba(电机作为发电机转子短路负载);gydF4y2Ba
再生制动gydF4y2Ba(特殊情况动态制动最常用的独立电源系统);gydF4y2Ba
堵塞或逆电流制动gydF4y2Ba(当前提供的极性相反的极性电机操作在发电机模式);gydF4y2Ba
替代当前(AC)供应gydF4y2Ba(额外的制动方法)。gydF4y2Ba
最简单、最顺利的制动方式gydF4y2Ba再生制动。如果h桥的所有四个晶体管关闭,发动机将被连接到电源的帮助下晶体管保护二极管。因此,不管电动机的转动方向,电源的电压和电流的流动将正确的极性。gydF4y2Ba
如果产生的电动势(EMF)电动机超过提供的电压和二极管上的电压降,电机将供电电源和启动制动。gydF4y2Ba
这个方法是有效的,如果电机的旋转速度足够高。减少二极管上的功率损耗,你可以打开相应的双晶体管放在对角线的h桥模式。但是你应该考虑减少旋转速率防止生成的EMF电动机电力系统的电压水平下降。此外,你应该知道电机的旋转方向。gydF4y2Ba
再生制动gydF4y2Ba
您可以实现gydF4y2Ba动态制动通过切换(开启和关闭)下部两个或两个高端h桥同时晶体管。然而,这并不总是可能的,因为方案设计的h桥驱动门。gydF4y2Ba
如果你知道电动机的旋转的方向,只能打开一个开关,电流将流过保护二极管在第二晶体管。通过应用PWM信号的开关,可以控制的制动与责任周期成正比。gydF4y2Ba
动力制动gydF4y2Ba
来实现gydF4y2Ba堵塞或逆电流制动,重要的是要知道电动机的转动方向或EMF生成的极性。因此,您可以应用反向电压,创造最大的制动力。也需要知道电机的转速或监视电流通过电动机停止在正确的时间并防止其反向旋转。你可以把这种方法与PWM控制修改制动力。gydF4y2Ba
逆电流制动gydF4y2Ba
一个额外的制动的方式gydF4y2Ba供应的交变电流或电压,可以视为逆电流制动的一个简化版本。正如我们所知,永久磁铁BDC电机不能运行在交流电源。在这种模式下,没有旋转转子只会振动。然而,它仍将创建一个制动力。gydF4y2Ba
正如我们已经提到的,一个h桥电路允许控制器开关晶体管对角线。50%的工作周期,您可以应用交流电压(如果你做一个微分测量电动机的电压)的电动机将创建一个刹车力。你可以调节这个力通过减少或增加的死亡时间为h桥PWM信号。gydF4y2Ba
交变电流或电压供应gydF4y2Ba
所有上面的制动方法有一个明显的缺点。EMF生成的电动机在发电机模式可以超过允许限制电力供应,这可能导致的失败车载电子产品。gydF4y2Ba
这些方法的一个重要特性是,控制器和电线将电机所产生的力量消散。这就是为什么当实现的方法,你应该估计电路元件的允许的操作模式。例如,半导体(晶体管开关)可能不会有电压浪涌,一个强大的电流脉冲,或者他们可能只是在长时间制动烧坏。gydF4y2Ba
你也应该注意控制器的方案设计,因为一些制动模式把额外的需求在这个设计。例如,如果您的控制器可以打开h桥开关只有在对角线模式,您将无法实现动态制动。如果你不知道电机的方向旋转,你会无法使用逆电流制动。gydF4y2Ba
因此,构建一个控制器之前,你应该有明确的技术规格描述设备的功能及其实现在硬件和软件两个层面。在我们文章直流电机控制器,我们指定不同的设计原则和电路的例子和共享我们的个人经验刷马达。gydF4y2Ba
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