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直流电机的切换和控制

来源: 发布日期:2019-2-26  10:09:37 点击:642

小型直流电机可通过开关,继电器,晶体管或电路“开”或“关”切换,最简单的电机控制形式为“线性”控制。这种类型的电路使用双极晶体管作为开关来控制单个电源的电动机。直流电机是如何工作的?通过改变流入晶体管的基极电流量,可以控制电动机的速度,例如,如果晶体管“半路”接通,则只有一半的电源电压流向电动机。如果晶体管“完全导通”(饱和),则所有电源电压都会进入电机并且旋转得更快。然后,对于这种线性控制,电源会不断地输送到电机。

直流电机速度控制

上面的简单开关电路显示了用于单向(仅一个方向)电动机速度控制的电路。由于直流电机的转速与其两端的电压成正比,我们可以使用晶体管调节该端电压。

两个晶体管连接,以控制电动机的主电枢电流。可选的续流二极管连接在开关晶体管和电机端子两端,以防止电机旋转时产生的任何反电动势。可调电位器直接施加到电路输入端,分别将电机“完全接通”(饱和)或“完全断开”(切断)切换来自微控制器或端口。

除了这种基本的速度控制之外,同样的电路也可用于控制电动机的转速。通过以足够高的频率反复切换电机电流“ON”和“OFF”,电机的速度可以通过改变其标记空间比率在静止和全速之间变化。这是通过改变“ON”时间(t ON)与“OFF”时间(t OFF)的比例来实现的,这可以使用称为脉冲宽度调制的过程来实现。

脉冲宽度速度控制

我们之前说过,直流电机的转速与其端子上的平均(平均)电压值成正比,并且该值越大,直到最大允许电机电压,电机旋转得越快。换句话说,更多电压更快。通过改变“ON”时间和“OFF”持续时间之间的比率,称为“占空比”,“标记/空间比”或“占空比”,平均值电动机电压因此可以改变其转速。通过改变脉冲宽度,可以控制电动机电压并因此控制施加到电动机的功率,并且这种类型的控制被称为脉冲宽度调制。

控制电动机转速的另一种方法是改变频率(以及因此控制电压的时间周期),同时“ON”和“OFF”占空比时间保持恒定。这种类型的控制称为脉冲频率调制。

利用脉冲频率调制,通过施加可变频率的脉冲来控制电动机电压,例如,以低频率或以非常少的脉冲施加到电动机的平均电压低,因此电动机速度慢。在较高频率或具有许多脉冲时,平均电动机端子电压增加并且电动机速度也将增加。

然后,晶体管可用于控制施加到直流电机的功率量,其操作模式为“线性”(改变电机电压),“脉冲宽度调制”(改变脉冲宽度)或“脉冲频率”调制“(改变脉冲的频率)。

反转直流电机的方向

虽然用单个晶体管控制直流电动机的速度具有许多优点,但它也有一个主要缺点,旋转方向总是相同的,它是一个“单向”电路。在许多应用中,我们需要在前后两个方向上操作电机。要控制直流电机的方向,必须反转施加到电机连接的直流电源的极性,使其轴向相反方向旋转。

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