電機(jī)控制電路圖 電機(jī)控制方法及其原理

電機(jī)控制原理是電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的核心，它涉及到電機(jī)的工作原理、控制方法以及實(shí)際應(yīng)用等多個(gè)方面。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電機(jī)作為能量轉(zhuǎn)換和傳遞的重要設(shè)備，其控制精度和效率直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能和效率。因此，對(duì)電機(jī)控制原理的深入理解和研究具有重要的理論和實(shí)際意義。

一、電機(jī)的工作原理

電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，其工作原理基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。電機(jī)按照其工作原理可以分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類。

1、直流電機(jī)的工作原理

直流電機(jī)是利用直流電流通過(guò)電樞線圈和磁場(chǎng)線圈之間的相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的設(shè)備。其主要構(gòu)造包括電樞、磁極、電刷和磁場(chǎng)。當(dāng)直流電流通過(guò)電樞線圈時(shí)，會(huì)在電樞和磁場(chǎng)之間產(chǎn)生相互作用的磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使得電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)調(diào)節(jié)電樞電壓或電樞電流來(lái)控制。

2、交流電機(jī)的工作原理

交流電機(jī)則是利用交流電流的不斷變化來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的設(shè)備。根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生原理，交流電機(jī)可以分為異步電機(jī)和同步電機(jī)兩種類型。異步電機(jī)（也稱為感應(yīng)電機(jī)）的工作原理是基于電磁感應(yīng)原理，當(dāng)交流電流通過(guò)定子繞組時(shí)，會(huì)在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子則由于感應(yīng)效應(yīng)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。同步電機(jī)則是根據(jù)電機(jī)的速度與電源頻率之間具有固定的比例關(guān)系來(lái)工作的電機(jī)，其轉(zhuǎn)速與電源頻率嚴(yán)格同步。

二、電機(jī)控制方法

電機(jī)控制方法主要包括調(diào)速控制、起動(dòng)控制和制動(dòng)控制三個(gè)方面。下面將詳細(xì)介紹這些控制方法及其原理。

1、調(diào)速控制

調(diào)速控制是電機(jī)控制中最為重要和復(fù)雜的一個(gè)方面。調(diào)速控制方法有多種，包括電阻分壓調(diào)速、變頻調(diào)速和矢量控制等。電阻分壓調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)的電源電壓以降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一種方法，這種方法簡(jiǎn)單易行但效率較低。變頻調(diào)速則是通過(guò)改變電源提供的交流電頻率來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，這種方法可以實(shí)現(xiàn)較寬的調(diào)速范圍和較高的效率。矢量控制是一種更為先進(jìn)的控制方法，它通過(guò)對(duì)電機(jī)的電流和磁場(chǎng)進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，適用于對(duì)電機(jī)性能要求較高的場(chǎng)合。

2、起動(dòng)控制

起動(dòng)控制是電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)到運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程中的控制。對(duì)于異步電機(jī)來(lái)說(shuō)，由于其起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩較小，因此需要采用一些特殊的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)順利起動(dòng)。常見(jiàn)的起動(dòng)控制方法有直接起動(dòng)、降壓起動(dòng)和軟起動(dòng)等。直接起動(dòng)雖然簡(jiǎn)單但起動(dòng)電流較大，對(duì)電網(wǎng)沖擊較大；降壓起動(dòng)則是通過(guò)降低電源電壓來(lái)減小起動(dòng)電流；軟起動(dòng)則是利用電力電子器件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)起動(dòng)過(guò)程的平滑控制。

3、制動(dòng)控制

制動(dòng)控制是電機(jī)從運(yùn)行狀態(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的過(guò)程中的控制。制動(dòng)控制方法有多種，包括能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)等。能耗制動(dòng)是通過(guò)在電機(jī)定子繞組中通入直流電來(lái)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；反接制動(dòng)則是通過(guò)改變電機(jī)的電源相序來(lái)產(chǎn)生與電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)；回饋制動(dòng)則是利用電機(jī)的發(fā)電特性將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并回饋到電網(wǎng)中從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

三、電機(jī)控制電路圖

1、永磁電機(jī)控制電路圖

這是永磁電機(jī)控制電路的原理圖。該電路用于控制永磁控制。該電路使用交流三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件來(lái)增強(qiáng)換向特性，因?yàn)橛来烹姍C(jī)是發(fā)電機(jī)，而標(biāo)準(zhǔn)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件難以正確換向。永磁電機(jī)需要全波直流整流。

交流雙向晶閘管串聯(lián)在整流橋的交流輸入側(cè)。在電橋直流側(cè)安裝 SCR 最關(guān)鍵的部分是處理延遲開(kāi)通和接近半周期結(jié)束時(shí)的定時(shí)。該電路提供寬范圍控制，因此可以在低電機(jī)時(shí)觸發(fā)交流三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件速度快或傳導(dǎo)小。交流電阻和整流器具有相似的額定電壓。所有這些都基于實(shí)際的電機(jī)負(fù)載和線電壓要求。

2、具有限流器的555 IC PWM電機(jī)控制電路圖

為了提供快速的電機(jī)速度變化和電機(jī)方向反轉(zhuǎn)，四個(gè)輸出驅(qū)動(dòng) MOSFET H 橋。 N 溝道器件是下軌功率 MOSFET，P 溝道是上軌功率 MOSFET。它們?nèi)坑?TC4469 驅(qū)動(dòng)。

小串聯(lián)電阻有助于防止柵極振蕩并減慢下軌器件的轉(zhuǎn)換時(shí)間，從而幫助上器件保持關(guān)閉狀態(tài)?？梢暂p松、經(jīng)濟(jì)地添加電阻分壓器和低成本電平轉(zhuǎn)換晶體管，以維持上軌 MOSFET 的 15VDC 柵極驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)超過(guò) 12VDC 的電機(jī)電壓。

當(dāng)電壓高于 15VDC 時(shí)，簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓器可以通過(guò)正電機(jī)電源為它們供電，因?yàn)?ICM7555 和 TC4469 需要的電流可以忽略不計(jì)。為了幫助保護(hù)柵極免受電源瞬變的影響，我們可以使用齊納二極管。當(dāng)同一橋臂中的下部 MOSFET“導(dǎo)通”時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高 dV/dT，柵極至源極電容器有助于使上部 MOSFET 保持“關(guān)閉”狀態(tài)。解決這種情況的另一種方法是在“OFF”狀態(tài)下保持上部 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)阻抗較低。

H 橋接地腳中的檢測(cè)電阻提供了一種簡(jiǎn)單的方法，可以逐個(gè)脈沖地檢測(cè)電機(jī)電流，無(wú)論電機(jī)正向或反向旋轉(zhuǎn)。為了在電機(jī)電流超過(guò)允許值時(shí)抑制 PWM 生成，該信號(hào)經(jīng)過(guò)過(guò)濾并施加到 ICM7555。

3、步進(jìn)電機(jī)控制電路圖

步進(jìn)電機(jī)提供簡(jiǎn)單、低成本且精確的位置控制。步進(jìn)電機(jī)可由安裝在電機(jī)附近的電路驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)長(zhǎng)電纜由遠(yuǎn)程控制電路控制。該電路的有趣之處在于，電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器電路的電源都是通過(guò)兩條電線傳輸?shù)模@兩條電線也傳輸控制信號(hào)。

LMC555 CMOS定時(shí)器集成電路(IC1)產(chǎn)生200微秒脈沖來(lái)步進(jìn)電機(jī)并控制其速度。通過(guò)改變?cè)撁}沖的頻率可以改變電機(jī)的速度，為此目的提供了R1可變電阻。在 IC1（引腳 3）的輸出端，負(fù)向時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng) IRL530N (Q1) 功率 FET 的柵極，該柵極會(huì)立即關(guān)閉并將驅(qū)動(dòng)板與地?cái)嚅_(kāi)。這種電源中斷會(huì)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送信號(hào)以使電機(jī)步進(jìn)。旋轉(zhuǎn)方向由通過(guò)互連線L1和L2施加到驅(qū)動(dòng)電路的電壓的極性來(lái)控制。

MPSA05雙極NPN晶體管Q2和MPSA55 PNP晶體管Q3和Q4反轉(zhuǎn)來(lái)自引腳3的脈沖，在Q1關(guān)斷時(shí)將Q1的漏極拉高。撥動(dòng)開(kāi)關(guān)S1通過(guò)切換極性來(lái)設(shè)置其方向。按鈕 S2 通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)鐘來(lái)啟動(dòng)和停止電機(jī)。

4、具有正向、反向和制動(dòng)操作的PWM電機(jī)控制電路圖

該 PWM 電機(jī)控制電路為直流電機(jī)提供多種控制。您可以控制直流電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或制動(dòng)直至停止。

該電路使用MOSFETS橋來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由一些邏輯門和小型雙極晶體管控制。電機(jī)電壓可為 10-20 伏，電流最大應(yīng)為 8 安培。 MOSFET 應(yīng)安裝適當(dāng)?shù)纳崞鳌?V+ 輸入應(yīng)由直流電機(jī)的工作電壓（10-20 伏）供電。盡管 MOSFET 設(shè)計(jì)用于 100 伏工作電壓，但您只能使用 20 伏的最大電壓，因?yàn)樵撾妷哼€用于驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O，通常限制為 20 伏。該電源電壓的最小值為 10 伏，因?yàn)槿绻妷旱陀?10 伏，門將不會(huì)完全打開(kāi)。您可以為此應(yīng)用選擇多種類型的 10-20 伏直流電機(jī)。