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在直流电机驱动电路的设计中需要考虑哪些方面

所属分类:凤凰彩票平台新闻 发布时间:2019-07-14 09:04 作者:凤凰彩票_凤凰彩票 文章来源:凤凰彩票平台

  直流电机(direct current machine)是指能将直流电能转换成运转时是直流电动机,将电能转换为机器能;作发电机运转时是直流发电机,将机器能转换为电能。

  直流电机由定子和转子两个人构成,其间有必然的气隙。其构制的要紧特色是具有一个带换向器的电枢。直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件构成。此中主磁极是出现直流电机气隙磁场的要紧部件,由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片死心组成。直流电机的转子则由电枢、换向器(又称整流子)和转轴等部件组成。此中电枢由电枢死心和电枢绕组两个人构成。电枢死心由硅钢片叠成,正在其外圆处匀称漫衍着齿槽,电枢绕组则嵌置于这些槽中。换向器是一种机器整流部件。由换向片叠成圆筒形后,以金属夹件或塑料成型为一个团体。各换向片间彼此绝缘。换向器质料对运转牢靠性有很大影响。

  直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件构成。此中主磁极是出现直流电机气隙磁场的要紧部件,由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片死心组成。

  直流电机的转子则由电枢、换向器(又称整流子)和转轴等部件组成。此中电枢由电枢死心和电枢绕组两个人构成。电枢死心由硅钢片叠成,正在其外圆处匀称漫衍着齿槽,电枢绕组则嵌置于这些槽中。

  换向器是一种机器整流部件。由换向片叠成圆筒形后,以金属夹件或塑料成型为一个团体。各换向片间彼此绝缘。换向器质料对运转牢靠性有很大影响。

  直流电机的机合应由定子和转子两大个人构成。直流电机运转时静止不动的个人称为定子,定子的要紧感化是出现磁场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷安装等构成。运转时转动的个人称为转子,其要紧感化是出现电磁转矩和感觉电动势,是直流电机举行能量转换的合键,于是平凡又称为电枢,由转轴、电枢死心、电枢绕组、换向器和电扇等构成。

  主磁极的感化是产赌气隙磁场。主磁极由主磁极死心和励磁绕组两个人构成死心寻常用0.5mm~1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成,分为极身和极靴两个人,上面套励磁绕组的个人称为极身,下面扩宽的个人称为极靴,极靴宽于极身,既可能调度气隙中磁场的漫衍,又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成,套正在主磁极死心上。全部主磁极用螺钉固定正在机座上,

  换向极的感化是刷新换向,减小电机运转时电刷与换向器之间或许出现的换向火花,寻常装正在两个相邻主磁极之间,由换向极死心和换向极绕组构成。换向极绕组用绝缘导线绕制而成,套正在换向极死心上,换向极的数目与主磁极相当。

  二是机座自身也是磁道的一个人,借以组成磁极之间磁的通道,磁通通过的个人称为磁轭。为担保机座具有足够的机器强度和优异的导磁功能,寻常为铸钢件或由钢板焊接而成。

  电刷安装是用来引入或引出直流电压和直流电流的。电刷安装由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等构成。电刷放正在刷握内,用弹簧压紧,使电刷与换向器之间有优异的滑动接触,刷握固定正在刷杆上,刷杆装正在圆环形的刷杆座上,互相之间必需绝缘。刷杆座装正在端盖或轴承内盖上,圆周身分可能调度,调好往后加以固定。

  电枢死心是主磁道的要紧个人,同时用以嵌放电枢绕组。寻常电枢死心采用由0.5mm厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成,以低重电机运转时电枢死心中出现的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的死心固定正在转轴或转子支架上。死心的外圆开有电枢槽,槽内嵌放电枢绕组。

  电枢绕组的感化是出现电磁转矩和感觉电动势,是直流电机举行能量变换的要害部件,于是叫电枢。它是由很众线圈(以下称元件)按必然顺序连绵而成,线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成,区别线圈的线圈边分上下两层嵌放正在电枢槽中,线圈与死心之间以及上、下两层线圈边之间都必需妥当绝缘。为防守离心力将线圈边甩出槽外,槽口用槽楔固定。线圈伸出槽外的端接个人用热固性无纬玻璃带举行绑扎。

  正在直流电动机中,换向器配以电刷,能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流,使电磁转矩的对象恒定稳定;正在直流发电机中,换向器配以电刷,能将电枢线圈中感觉出现的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势。换向器是由很众换向片构成的圆柱体,换向片之间用云母片绝缘。

  转轴起转子扭转的撑持感化,需有必然的机器强度和刚度,寻常用圆钢加工而成。

  1. 成效:电机是单向如故双向转动?需不需求调速?对付单向的电机驱动,只须用一个大功率三极管场效应管继电器直接带头电机即可,当电机需求双向转动时,可能利用由4个功率元件构成的H桥电道或者利用一个双刀双掷的继电器。假使不需求调速,只须利用继电器即可;但假使需求调速,可能利用三极管,场效应管等开合元件告竣PWM(脉冲宽度调制)调速。

  2)成果,高的成果不单意味着撙节电源,也会裁减驱动电道的发烧。要进步电道的成果,可能从担保功率器件的开合职责状况和防守共态导通(H桥或推挽电道或许崭露的一个题目,即两个功率器件同时导通使电源短道)入手。

  3)对职掌输入端的影响。功率电道对其输入端应有优异的信号分开,防守有高电压大电流进入主控电道,这可能用高的输入阻抗或者光电耦合器告竣分开。

  4)对电源的影响。共态导通可能惹起电源电压的倏得降落形成高频电源污染;大的电流或许导致地线)牢靠性。电机驱动电道该当尽或许做到,无论加上何种职掌信号,何种无源负载,电道都是安然的。

  辞别供电时,这个电阻可能供给信号电流回流的通道。当驱动板与单片机共用一组电源时,这个电阻可能防守大电流沿着连线流入单片机主板的地线形成骚扰。或者说,相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔绝,告竣“一点接地”。高速运放KF347(也可能用TL084)的感化是

  ,把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压对比,转换成亲近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压领域不行亲近负电源电压,不然会失足。所以正在运放输入端增进了防守电压领域溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流,一个用来正在输入悬空时把输入端拉到低电平。不行用LM339或其他任何开道输出的对比器庖代运放,由于开道输出的高电平状况输出阻抗正在1千欧以上,压降较大,后面一级的三极管将无法截止。

  后面三极管和电阻,稳压管构成的电道进一步放大信号,驱动场效应管的栅极并应用场效应管自身的栅极

  (大约1000pF)举行延时,防守H桥上下两臂的场效应管同时导通(“共态导通”)形成电源短道。当运放输出端为低电平(约为1V至2V,不行齐备抵达零)时,下面的三极管截止,场效应管导通。上面的三极管导通,场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平(约为VCC-(1V至2V),不行齐备抵达VCC)时,下面的三极管导通,场效应管截止。上面的三极管截止,场效应管导通,输出为低电平。

  上面的认识是静态的,下面道论开合转换的动态经过:三极管导通电阻远小于2千欧,所以三极管由截止转换到导通时场效应管栅极电容上的电荷可能疾速开释,场效应管疾速截止。然而三极管由导通转换到截止时场效应管栅极通过2千欧电阻充电却需求必然的年华。相应的,场效应管由导通转换到截止的速率要比由截止转换到导通的速率疾。要是两个三极管的开合举措是同时产生的,这个电道可能让上下两臂的场效应管先断后通,清除共态导通形势。

  现实上,运放输出电压变动需求必然的年华,这段年华内运放输出电压处于正负电源电压之间的中心值。这时两个三极管同时导通,场效应管就同时截止了。于是现实的电道比这种理思情状还要安然少少。

  。寻常的场效应管栅极的耐压是18V或20V,直接加上24V电压将会击穿,所以这个稳压二极管不行用浅显的二极管庖代,然而可能用2千欧的电阻庖代,同样能获得12V的分压。

  大功率场效应管内部正在源极和漏极之间反向并联有二极管,接成H桥利用时,相当于输出端仍然并联了清除电压尖峰用的四个二极管,所以这里就没有外接二极管。输出端并联一个小电容(out1和out2之间)对低重电机出现的尖峰电压有必然的好处,然而正在利用PWM时有出现尖峰电流的副感化,所以容量不宜过大。正在利用小功率电机时这个电容可能略去。假使加这个电容的话,必然要用高耐压的,浅显的瓷片电容或许会崭露击穿

  电源电压15~30 V,最大连续输出电流5A/每个电机,短年华(10秒)可能抵达10A,PWM频率最高可能用到30KHz(寻常用1到10KHz)。电道板包罗4个逻辑上独立的,输出端两两接成H桥的功率放大单位,可能直接用单片机职掌。告竣电机的双向转动和调速。

  大电流线道要尽量的短粗,而且尽量避免始末过孔,必然要始末过孔的线mm)而且正在焊盘上做一圈小的过孔,正在焊接时用焊锡填满,不然或许会烧断。其它,假使利用了稳压管,场效应管源极对电源和地的导线要尽或许的短粗,不然正在大电流时,这段导线上的压降或许会始末正偏的稳压管和导通的三极管将其毁灭。正在一着手的策画中,NMOS管的源极于地之间已经接入一个0.15欧的电阻用来检测电流,这个电阻就成了无间毁灭板子的首恶祸首。当然假使当心压管换成电阻就不存正在这个题目了。

  寻常功率场效应管的最高栅源电压为20V控制,于是正在24V利用中要担保栅源电压不行赶上20V,增进了电道的杂乱水平。但正在12V或更低电压的利用中,电道就可能大大简化。

  上图即是一个12V驱动桥的一边,上面电道的三极管个人被两个二极管和两个电阻庖代。(细心,跟上图逻辑是反的)因为场效应管栅极电容的存正在,通过R3,R4向栅极电容充电使场效应管延缓导通;而通过二极管直接将栅极电容放电使场效应管顿时截止,从而避免了共态导通。

  这个电道请求正在IN端输入的是周围险峻的方波脉冲,所以职掌信号从单片机或者其他开道输出的筑立接入后,要始末施密特

  (比方555)或者推挽输出的高速对比器才调接到IN端。假使输入周围过缓,二极管延时电道也就落空了感化。R3,R4的抉择与IN信号边沿起落速率相合,信号周围越险峻,R3,R4可能选的越小,开合速率也就可能做的越疾。Robocon角逐利用的升压电道(道理彷佛)中,IN前用的是555。

  正在前级逻辑电道里,存心地对职掌PMOS的降落沿和职掌NMOS的上升沿举行延时,再整变成方波,也可能避免场效应管的共态导通。其它,云云做可能使后级的栅极驱动电道简化,可能是低阻推挽驱动栅极,不必思虑栅极电容,可能较好的顺应区另外场效应管。下图是两种边沿的延时电道:

  这个栅极驱动电道由两级三极管构成:前级供给驱动场效应管栅极所需的准确电压,后级是一级射极尾随器,低重输出阻抗,清除栅极电容的影响。为了担保不共态导通,输入的边沿要对比陡,上述先延时再整形的电道就可能做到。

  继电器有着电流大,职责平稳的便宜,可能大大简化驱动电道的策画。正在需求告竣调速的电机驱动电道中,也可能充塞应用继电器。有一个计划即是应用继电器来职掌电流方原来调动电机转向,而用单个的特大电流场效应管(比方IRF3205,寻常惟有N型特大电流的管子)来告竣PWM调速,如下右图所示。云云是告竣十分大电流驱动的一个要领。换向的继电器要利用双刀双掷型的,接线如下左图,线圈接线如下中图:

  出现PWM信号可能由守时器来竣工,然而因为51内部只供给了两个守时器,所以假使要向三个或更众的直流电机输出区别占空比的信号要重复树立守时器,告竣较为杂乱,咱们采用一种对比简略的要领不单可能告竣对更众的直流电机供给区另外占空比输入信号,况且只占用一个守时器资源。这种要领可能简略外述如下:

  正在内存的某段空间内存放各个直流电机所需的输入信号占空比讯息,假使占空比为1则保留0FFH(11111111B);占空比为0.5则保留0F0H(11110000B)或任何2进制数中网罗4个0和4个1。即占空比=1的个数/8

  全体抉择什么样的二进制数要看输出频率的请求。若要对此直流电机输出PWM信号,只须每个年华片移位一次取出此中固定的一位(可能用位寻址或进位标记C告竣)送到电机端口上即可。其它,移位算法是一种对以前结果依赖的算法,于是最好按期查抄或重置被移位的数,防守移错导致平昔错下去。

  这种算法的便宜是独立历程,可能告竣对众个电机的职掌,舛误是占用资源较大,PWM频率较低。

  或者航模摇杆上的线性电位器(或线性霍尔元件)职掌两个底盘驱动电机的PWM天生电道。J1是手柄的插座,123和456辞别是x,y两个对象的电位器。U1B供给半电源电压,U1A是电压尾随。x,y分量始末合成成为职掌控制轮两个电机转速的电压信号。正在利用中,让L=(x+1)y/(x+1.4),R=(x-1)y/(x-0.6),始末试验有不错的成绩(数字只是单元,不是电压值)。始末U1C和U1D构成的施密特振荡器把电压转换为相应的PWM信号,用来职掌功率驱动电道。以U1D为例,R1,R2构成有回差的施密特电道,上下门限受输入电压影响,C1和R3构成延时回道,如许变成振荡的脉宽受输入电压职掌。Q1,Q2是三极管,构成反相器,供给差分的职掌信号。全体振荡经过参睹数字电道教材上对555振荡器的认识。

  存器取出第0,2,4,6位和1,3,5,7位去驱动两个步进电机.四相步进电机的通电按序可能有几种:A,B,C,D(4相4拍);AB,BC,CD,DA(4相双4拍);A,AB,B,BC,C,CD,D,DA(4相8拍).为了统筹平稳性,转矩和功耗,寻常采用4相8拍式样.一齐这些式样都可能通过轮回移位告竣(也要有按期监控),为了使4相8拍容易告竣,锁存器与驱动个人采用了交叉连绵.步进电机职责正在四相八拍形式(即正转的输入信号为1000→1100→0100→0110→0010→0011→0001→1001→1000),对应每个步进电机要有四个信号输入端,外面上向端口输出信号可能职掌两个步进电机的职责。

  中为每个电机诱导一个byte的状况字节用以轮回移位.正在每一个电机周期里,按照需求对每个电机的byte举行移位,并用ANL指令将两个电机的状况合成到一个字节里输出此时的A同时可能职掌两个电机了步进电机的速率由驱动脉冲的频率定夺,移位的周期区别,电机的速率也就区别了.前面提到的电机周期,该当取各样或许的周期的最大合同数.换句话说,一朝电机周期取定,每个电机移位的周期该当是它的倍数.正在步调中,对每个电机的相适时辰设定相应的分频比值,同时用一个变量举行加一计数:每到一个电机周期若计数变量

  步进电机有可能无误职掌的便宜,然而功耗大,成果低,力矩小。假使选用大功率步进电机,为了低重功耗,可能选用PWM恒流职掌的要领。根本思绪是,用带反应的高频PWM按照输出功率的请求对每相恒流驱动,总体电流按序又契合转动按序。需求力矩小的时间应实时减小电流,以低重功耗。该计划告竣的电道,可能采用独立的单片机或

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