參考資料:
果果小師弟:h橋電機驅動電路詳解
裝置管理與維修 :值得一讀的電機分類科普
直流電機使用直流電作為電源;交流電機使用交流電作為電源。
以有刷直流電動機為例,講一下直流電機的原理。直流有刷電機動機分為定子繞組和轉子繞組,當通直流電時定子繞組產生固定極性的磁場,轉子通直流電在磁場中受力旋轉。直流電機通的是直流電,不會直接產生旋轉磁場,它依靠隨轉子轉動的換向器來改變進入轉子的電流方向,使轉子定子間的磁場的極性一直相反,這樣轉子才能轉動。
交流電機在工作時,不通過換向,而是通過改變定子磁場方向的方式來保證轉子持續轉動。對於交流電機來說,定子磁場不是固定不變的,而是按照一定的規律在旋轉,所以能夠保證轉子繞組受到的電磁力方向不變。在交流電機的定子上通上三相對稱交流電,定子不動,通過電流的變化就能產生旋轉的合成磁場,這個磁場像乙個繞著定子旋轉的磁鐵。
交流電機又可以分為同步電機和非同步電機。
有刷直流電機(brushed dc,簡稱bdc),由於其結構簡單,操控方便,成本低廉,具有良好的偏動和調速效能等優勢,被廣泛應用於各種動力器件中,小到玩具,按鈕調節式汽車座椅,大到印刷機械等生產機械中都能看到它的身影。
直流電源的電能通過電刷和換向器進入電樞繞組,產生電樞電流,電樞電流產生的磁場與主磁場相互作用產生電磁轉矩,使電機旋轉帶動負載。
優點:**低、控制方便缺點:由於電刷和換向器的存在,有刷電機的結構複雜,可靠性差,故障多,維護工作量大,壽命短,換向火花易產生電磁干擾。
步進電機就是一種將電脈衝轉化為角位移的執行機構;更通俗一點講:當步進驅動器接收到個脈衝訊號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動乙個固定的角度。我們可以通過控制脈衝的個數來控制電機的角位移量,從而達到精確定位的目的;同時還可以通過控制脈衝頻率來控制電機轉動的速度和加速度,從而達到調速的目的。
優點:控制簡單,低速扭矩大,成本低;缺點:步進電機存在空載啟動頻率,所以步進電機可以低速正常運轉,但若高於一定速度時就無法啟動,並伴有尖銳的嘯叫聲;同時,步進電機是開環控制,控制精度和速度都沒有伺服電機那麼高。
伺服電機廣泛應用於各種控制系統中,能將輸入的電壓訊號(或者脈衝數)轉換為電機軸上的機械輸出量,拖動被控制項,從而達到控制目的。伺服電機系統見下圖。一般地,要求轉矩能通過控制器輸出的電流進行控制;電機的反應要快、體積要小、控制功率要小。伺服電機主要應用在各種運動控制系統中,尤其是隨動系統。
伺服電機有直流和交流之分,最早的伺服電機是一般的直流有刷電機,在控制精度不高的情況下,才採用一般的直流電機做伺服電機。當前隨著永磁同步電機技術的飛速發展,絕大部分的伺服電機是指交流永磁同步伺服電機或者直流無刷電機。
優點:可使控制速度,位置精度非常準確,效率高,壽命長。缺點:控制複雜,**昂貴,需要專業人士才能控制。
無刷直流電機【bldcm】是在有刷直流電機的基礎上發展來的,它通的是直流電,但是經過電力電子線路的逆變(直流變交流),它的驅動電流是不折不扣的交流。一般地,無刷電機的驅動電流有兩種,一種是梯形波(方波),另一種是正弦一般的,把方波驅動的叫做無刷直流電機(bldc);把正弦波驅動的叫做永磁同步電機(pmsm),這個實際上就是伺服電機。
無刷直流電機與伺服電機有類似的優缺點。bldc電機比pmsm電機造價便宜一些,驅動控制方法簡單一些。
直流電機旋**給電機兩根線供電,電機就可以旋轉,給正電壓,電機正轉,給相反電壓,電機反轉;電壓越大,電機轉得越快,電壓越小,轉速也變小。
一般我們利用stm32微控制器可以方便的調整電機速度,但stm32的io介面電壓和電流一般都是非常有限的,電壓是3.3v,電流是8ma,所以為方便控制需要在微控制器和電機之間新增驅動電路板,該電機驅動板有兩種輸入線:電源輸入線和控制訊號輸入線。電源輸入線一般要求是可以提供電機額定電源的大電流電源,一般來說電機所需要的電壓和額定電流是多少,那麼就要給電機驅動板提供多大的電壓和電流,它是給電機提供動力的**。控制訊號線與微控制器的訊號線連線,是實現調速的方法,一般是pwm的可調方波訊號。電機驅動板還有乙個輸出線,有兩個介面,它與直流電機的引腳直接連線。注意,這裡的電機驅動板輸出線是在一系列電路之後才輸出的,也就是通過輸入訊號調製後的輸出線。電機控制都是必須有驅動器的。
如果不需要正反轉控制(單向旋轉),可以用下圖驅動電路,實現電機單向控速。
電機的正反轉控制電路如下圖所示。這樣簡單的控制開關狀態就可以控制電機的選擇方向。從下圖中可以看到,其形狀類似於字母「h」,而作為負載的直流電機是像「橋」一樣架在上面的;所以稱之為「h橋驅動」。4個開關所在位置就稱為「橋臂」。在電路中可以做電子開關的有三極體和mos管。可以使用這兩種器件代替開關從而實現。
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