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直流電機及調速如何控制?

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直流電機及調速如何控制?

作者:admin來源:邦碩電機發布日期:2019-11-12
信息摘要:
控制直流電機,需要直流電機驅動,無非是控制電機正反轉和轉速。 若是新手,不知道怎么設計直流電機驅動電路,可以直接購買電機驅動模塊,市面上這種功能模塊非常多,比如L29…

控制直流電機,需要直流電機驅動,無非是控制電機正反轉和轉速。

若是新手,不知道怎么設計直流電機驅動電路,可以直接購買電機驅動模塊,市面上這種功能模塊非常多,比如L298N電機驅動模塊。

▲L298N電機驅動模塊
L298N支持控制雙路電機,具有A、B兩個通道。通過給IN1、IN2高低電平控制電機的狀態,其中ENA、ENB為使能端,低電平無效,高電平使能。
A通道電機狀態表
A通道電機狀態表
IN1和IN2的電平邏輯關系可是實現電機正轉、反轉、停止、制動。若要實現調速,ENA輸入信號為PWM脈沖信號即可,通過調節PWM脈沖占空比即可實現調速。比如實現正轉調速,IN1=0,IN2=1,將改變ENA輸入PWM脈沖占空比即可。

教大家自制電機驅動電路

電機正反轉是采用H橋的方式,控制電機的電流方向,如下圖所示:
下面用三極管搭建一個電機驅動電路,具體如下圖所示:
上圖是使用Q1、Q2、Q3、Q4四個三極管組成的H橋,通過控制三極管的通斷實現不同的電流方向,從而達到電機正反轉。當IN1=1,IN2=0時,電機正轉;當IN1=0,IN2=1時,電機反轉。
調速:輸入信號為PWM波即可,通過改變占空比實現調速。
大家也可以使用MOS管來搭建H橋,原理是類似的,留給大家自己思考。


直流電機恒轉矩調速方式
恒轉矩模式下,要先保持氣隙磁通Φ恒定,直流電機的定子和轉子磁場是正交狀態的,互相沒有影響。要保持Φ恒定,只要保證勵磁線圈的電流穩定在一個值就可以了。理論上給一個恒流源來控制勵磁線圈的電流是比較完美的,但是因為電流源不好找,而一般給勵磁線圈施加一個穩定的電壓值,也可以近似讓勵磁電流穩定,進而讓氣隙磁通Φ恒定。如果是永磁直流電機,用永磁鐵來替代了勵磁線圈,磁通是永久恒定的,所以不用操這個心了。


簡單的調整電壓,并不能滿足負載波動比較厲害的場合,所以引進了串級調速系統,通過檢測電機的電流和轉速,分別弄出電流環內環和速度環外環了,使用PID算法,有效的滿足了負載波動狀況下的調速,讓直流電機的調速工作特性非常“硬”,也就是最大轉矩不會受到轉速的波動而變化,實現了真正的恒扭矩輸出。這種調速方式,一直是交流調速系統的模仿對方,比如變頻器矢量控制,就是模仿這種方式而實現的。如果只用電流環內環,還可以直接控制電機輸出一定的扭矩,滿足不同的拉伸和卷曲等控制要求。

電樞電壓控制,在晶閘管和IGBT這些沒有被發明前,控制起來也不是容易的事情了,畢竟功率比較大,早期是通過一臺發電機直流發電來控制的,通過調整發電機的磁通就可以控制發電機的輸出電壓,進而調整了電樞電壓大小的。

在晶閘管可控硅被發明出來以后,通過給可控硅施加交流輸入電壓,利用移相觸發技術控制可控硅的導通角,就可以把交流電整流成一定脈動的直流電,因為直流電機是大感性負載,脈動直流電會被大電感緩沖穩定下來。這個直流電的電壓是可以調整的,和可控硅的導通角成一定的比例關系。這種調速技術是非常成熟可靠的,在上個世紀中后期得到了廣泛的工業應用。

另外場效應管和IGBT之類的器件出現以后,直流電機調速還可以做得更加精密了,可以利用PWM斬波技術,讓輸出的直流電壓非常穩定,這樣直流電機的轉速波動非常小,如果讓電機的轉子變長點,轉動慣量變小了,外加了位置環進去,還可以實現精確的定位控制,這個就是所謂的直流伺服系統了。

直流電機恒功率調速方式
就是所謂的弱磁調速,這種調速方式,本質是恒轉矩調速方式的一種補充,主要是有些場合,需要比較寬的調速范圍,比如有些龍門床,需要電機加工時候進刀非常慢,扭矩要很高;而退回來時候扭矩很輕看是要跑非常快,這時候進刀時候用恒轉矩調速模式,而退回來時候用弱磁調速方式,這時候電機的最大功率是不變的。

也有些電動車,低速上坡時候要跑很慢,需要很大扭力,而平路阻力小又想跑非常快,這時候也需要用到恒功率調速,類似于機械變檔或者調減速比的方式來調速。一般弱磁調速,是不適合于永磁電機的,因此磁通Φ無法單獨控制。

要弱磁,就是直接減少氣隙磁通Φ的大小,這時候可以降低勵磁線圈的電流,一般也會在勵磁線圈使用可控硅或者場效應管這些來做一個PI調整回來輸出一個電流源來實現。

千禧彩票 弱磁調速的時候,電機轉速越高,電機輸出的最大扭矩會越小,這個是需要注意的,而且一般也不會無限制的減小下去,大概能控制在額定勵磁電流的90%左右。

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