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diy永磁式换向器直流电机控制电路

时间:2012-12-31 15:12来源:网络 作者:网络整理 点击:
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永磁式换向器直流电机,是应用很普及的一种。只要在它上面加恰当电压。电机就动弹。图9是这种电机的标记和简化等效电路。
  事变道理


diy永磁式换向器直流电机控制电路


  这种电机由定子、转子、换向器(又称整流子)、电刷等构成,定子用作发生磁场。转于是在定子磁场浸染下,获得转矩而旋转起来。换向器实时改变了电流偏向,使转子能持续旋转下去。也就是说,直流电压加在电刷上,经换向器加到转子线圈,流过电流而发生磁场,这磁场与定子的牢靠磁场浸染,转子被强制动弹起来。当它动弹时,因为磁场的彼此浸染,也将发生反电动势,它的巨细正比于转子的速率,偏向和所加的直流电压相反。图9(b)给出了等效电路。Rw代表转子绕组的总电阻,E代表与速率相干的反电动势。
  永磁式换流器电机的特点
  ·当电机负载固按时,电机转速正比于所加的电源电压。
  ·当电机直流电源固按时,电机的事变电流正比于转予负载的巨细。
  ·加于电机的有用电压,便是外加直流电压减去反电动势。因此当用牢靠电压驱动电机时,电机的速率趋向于自不变。由于负载增进时,转子有慢下来的倾向,于是反电动势镌汰,而使有用电压增进,反过来又将使转子有快起来的倾向,以是总的结果使速率不变。
  ·当转子静止时,反电动势为零,电机电流最大。其最大值便是V/Rw(这儿V是电源电压)。最大·电流呈此刻刚起动的前提。
  ·转子动弹的偏向,可由电机上所加电压的极性来节制。
  ·体积小,重量轻。起动转矩大。
  因为具备上述的那些特点,以是在医疗东西、小型机床、电子仪器、计较机、情景探空仪、探矿测井、电动器材、家用电器及电子玩具等各个方面,都获得普及的应用。
  对这种永磁式电机的节制,首要有电机的起停节制、偏向节制、可变速率节制和速率的不叛变制。
  1、电机的起/停节制
  电机的起/停节制,最简朴最原始的要领是在电机与电源之间,加一机器开关。可能用继电器的触点节制。各人都较量认识,故不举例。
  此刻较量风行的要领,是用开关晶体管来取代机器开关,无触点、无火花滋扰,速率快。电路如图10(a)所示。当输入端为低电平常,开关晶体管Q1截至,电机无电流而处于遏制状态。假如输入端为高电平常,Q1饱和导通,电机中有电流,因此电机起动运转。图中二极管D1和D2是掩护二极管,防备反电动势破坏晶体管。电容C1是消除射频滋扰而外加的。R1基极限流电阻,限定Q1的基极电流。在6V电源时,基极电流不高出52mA。在这种环境下,Q1提供电机的最大电流为1A阁下。
 

diy永磁式换向器直流电机控制电路


  图10(a)的电路,因基极电流需外部驱动电路。假如再增进一级缓冲放大,如图10(b)的电路,驱动电流镌汰到2mA。R3限定Q1的基极电流到安详值。其他元件浸染与(a)图中沟通。
  2、电机的偏向节制
  水磁式换流器电机的动弹偏向,可以用改变电源极性的要领,使电机反转。假如用正、负双极性电源,可用一个单刀举办转换,如图11(a)所示。由于电机的电流直接通过开关,轻易烧坏开关接点。以是可以改勤奋率开关晶体管来取代机器开关,就可以降服上述弱点。电路如图11(b)所示。
 

diy永磁式换向器直流电机控制电路


  电路事变道理:当开关SW1置于“正转”位时,Q1和Q3的基极加上偏流;Q2和Q4的偏置电路被断开。以是Q1和Q3导通,Q2和Q4截至。电流从V+→Q3发射极→Q3集电极→电机正端→电机负端→地形成回路,此时电机正转。同理,假如SW1置于“反转’位置时,Q2和Q4获得偏流而导通;01和Q3截至。电流从电源地端→电机负端→电机正端→Q4集电极→Q4发射极→电源负端形成回路,故电机电源与上述环境相反,因此电机反转。而SW1置于断时,电机遏制动弹。
  图11(b)电路中SW1要转接正、负电源。在接口电路的应用中,用电子开关来取代SW1就较量坚苦。为了降服这个弱点,可用图11(c)的电路加以改造。图11(c)中的SW1就很轻易用电子开关来取代。在这个电路中,SW1置于“正转”位置时,Q1和Q3导通,Q2和Q4截至。SW1置于“反转”位置时,Q2和Q4导通,Q1和Q3截至。
  3、单极性电源的偏向节制
  假如电源为单极性,那么节制偏向的开关就要双刀三掷。如图12(a)所示。不外用晶体管毗连为桥式电路,也是最根基和最通用的情势。电路如图12(b)所示。
 

diy永磁式换向器直流电机控制电路


  从电路中可以看出,当SW1置于“正转”位置时,Q1和Q4导通,Q2和Q3截至。当SW1置于“反转”位置时,Q2和Q3导通,Q1和Q4截至。二极管D1—D4是掩护电路,防备电机反电动势也许破坏晶体管。
  图12(c)为图12(b)的改造电路。它使SW1只节制正转/反转,而SW2只节制电机的起停。用简图指出了电路中的要害点。Q1或Q2总有一个是接通的,Q3或Q4是起通/断浸染。当电路被断开时,电机电流经Q1—D2或Q2—D1环路敏捷镌汰,这是所谓的“飞轮效应”。假如SW2用脉冲调制的电子开关取代的话,就是必要这种“飞轮效应”。电机的速率可用脉宽节制。这种技能在本文后头将论述。

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  图12(b)的电路,必要大的驱动电流。假如必要更迅速的节制电路,可以回收图13(a)的方案。在这个电路中,A、B、C和D的四个输入端,只必要几毫安的驱动电流。这个电路也可以像图13(b)那样,用人工举办节制。图顶用CMOS集成电路CD4052B,作双刀四路双向开关。逻辑电平“0”或逻辑电平“1”加到A或B的输入端。正转/反转,起动/遏制是彼此独立的。这个电路也具有“飞轮效应”。图13(a)和图]3(c)的电路事变的逻辑真值表如表4列出。
  4、电机的速率节制
  直流电机的转速与所加的电压有用值成正比。图14是12V直流电机的可变电压速率节制。图中Q1和Q2是复合管射极跟从器,电机的直流电压可从0V变到12v。这种电路的特点是:在中速和高速时,速率的节制和自动调理的机能很好。可是低速和慢启动特征较量差。
  用开关方法或脉宽调制,可以得到很是好的速率节制机能。电路图如15所示。
 

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  图中IC1作为50Hz的无稳多谐振荡器,它发生一个矩形波输出,占空比可变从20比1到1比20,由RV1举办调理。这个波形颠末Q1和Q2送到电机,电机上的电压有用值是随RV1的调理而变革的(总的周期是50HZ)。不外电机上所加上的电压,是具有峰值电压为12V的功率脉冲。因此在整个调速范畴内;机能都很是好。纵然在很低的速率,转矩也很大。速率节制的水平,正比于所加电压的有用值。
  5、模子火车速率节制器

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  图16所示的电路是具有自动短路掩护的模子火车速率节制器。电源用12V,最大输出电流为1.5A。假如轨道上呈现短路时,节制单位上张有短路探测器和掩护电路,自动将输出电流限定在100mA(有用值)
  这个电路的事变道理如下:
  交换电源经变压器T1降压后,经BR1举办全波桥式整流,获得一个未滤波的直流电压。通过一个串联的单向可控硅(SCR1)与偏向节制开关SW3,将整流电压加在电机上。
  在整流输出直流的每个开始的半周,可控硅(SCR)是断开的。直流电压经R4和ZD1稳压后,加到双基极二极管(UJT)Q1及相干的按时电路C1和RV1上。当C1上的电压高出UJT发射极的门限值时,触发可控硅,使SCR1饱和导通。而另一半周期SCR1关断复位。电机的电源是经SCR1阴极、R2和R3、SW3而获得。未经滤波原整流后的频率为电源频率的二倍。电机通电时刻的黑白,受电位器RV1节制。以是模子火车的速率能在很宽的范畴内变革。
  还要提示一下,输出电流流过了并联电阻R2和R3,电阻上的电压正比于电流。该电压颠末一个峰值检波电路D1和C2,检波后妁直流电压馈送到Q2的基极。当输出电流的峰值高出1.5A或输出短路时, 因为C2的电压储能浸染,使R8和R9的分压、正好能使Q2导通,将Q1的按时电路短路,遏制几个半周不触发SCR1。假如呈现短路环境,由电路内部电阻限流在几安的峰值电流,每15个半周触发一次SCR1,使输出电流的有用值限定在100mA,这就掩护了电路的安详。
  6、自动轨道洁净机

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  图17是典范的铁路轨道洁净机的电路道理图。电源部份与图16的整流部份沟通。有了自动轨道洁净机,就可以保持模子火车与轨道之间有精采的电打仗。由于车轮与轨道之间,轻易被脏物或氧化造成打仗障碍。这个题目的办理是颠末一个高频高压小功率的信号产生器,把节制信号送至轨道,假如道轨上存在污物或氧化的危害时,将使其信号间断,高压产生器便事变。团结图17论述其事变道理。
  电路的振荡频率约莫为100KHz,由变压器T1的电感与C2的容量而定。C4是抵销不但愿的轨道效应的漫衍电容。在T1的次级,峰值电压有几佰伏,但为高阻抗。假如负载是低阻抗时,振荡器就遏制振荡不发生高压。
  变压器T1次级用粗漆包铜线绕制,通偏激车节制信号送到道轨。当火车电机与道轨的电打仗为低阻抗时,振荡遏制。只有火车的节制信号送到轨道。然而,假如打仗被污物间断,车轮与道轨的打仗酿成高阻抗;这时高压产生器敏捷事变。成立起精采的电打仗。解除了间断的障碍。当轨道洁净机有用时,T1次级的氖灯的亮度指示轨道的打仗丧失。R6限定振荡器只有很小的振荡电压送到火车的节制端。
  7.电机速率节制及不变
  电机速率不变器,意味着节制电路的电压和电机的负载尽量在很大的范畴内变革,电机的转速也能不变稳固。图18是一种轻盈的电机速率节制器和稳速电路。这个电路的特点是:不管电压和温度奈何变,加在电机上的电压都恒定稳固,以是速率不变。
  电路中317K为三端可调稳压器,当加上恰当的散热器时,输出电流可达1.5A,而且317K稳压集成电路内具有短路和过载掩护。对付图中的元件标值,输入电压从1.25V~13.75V变革。为了确保电压的不变,输入电压至少要比要求的输出电压大3V以上。
 

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  图19所示电路为通用电机稳速器电路。这种电路应用范畴很广。譬喻盒式灌音机。它能自动赔偿电池电压和电机负载的变革。
  电机的电流受串联晶体管Ql的节制,而Q1的电流又受晶体管Q2的节制。假如电机的额定电压为6V,其他元件如图中标值,可得到100mA的电机电流。值得一提的是:Q2发射极的电压比电机电压低1.2v阁下。D1、D2、和R3上面的电压之和便是电机上的电压。Q2的基极偏压,取自Q1的集电极。由R4、RV1和R5分压提供。
  因为某种身分电源电压降落,有使电机电压减小的趋势。这将引起Q2发射极电压的低落Q2基极电压也随着低落,这又会引起Q2和Q1的集电极电流减小,其功效导致Q1集电极电位上升,这就自动赔偿电源电压的低落。到达了稳速的目标。假如电源电压上升,道理与上述沟通,不外变革偏向相反罢了。
  D1和D2二极管起温度赔偿浸染。电机速率节制可由RV1调理。

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  高机能可变速率不变器电路如图20所示。它可用作宽范畴速率可变的场所,譬喻12V微型电钻。
  图中电机的电源是颠末317K三端稳压器集成电路输出。电机的电流经R5和RV2取样,把部份电压送到IC2和Q1构成的同相直放逐大器。Q1发射极电压正比于电机负载电流。
  317K稳压器的输入电压,凡是为1.25~13.75V。在电路中,三端稳压器的输出电压便是自己的输出电压再加上Q1发射极上的电压。因此,当电机负载增进时,电路输出电压将自动上升,增进电机的驱下手段,保持电机速率稳固。为了保持有负载与无负载时,电机的速率沟通。起首调理RVl使电机的转速为最大转速的三分之一。然后调理RV2到额定转速。

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