直流电机控制电路专辑
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按:直流电机在家用电器、电子仪器设备、电子玩具、录相机及各种自动控制中都有广泛的应用。但对它的使用和控制,很多读者还不熟悉,而且其技术资料亦难于查找。直流电机控制电路集锦,将使读者“得来全不费功夫”! 在现代电子产品中,自动控制系统,电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面,直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等,都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。本文将详细介绍各种直流电机的控制技术。
站长的几句说明:本文内容比较详实完整,但遗憾的是原稿的印刷质量和绘图的确很差,尽管采取了很多措施,有些图仍可能看不太清楚。
直流电机,大体上可分为四类:
第一类为有几相绕组的步进电机。这些步进电机,外加适当的序列脉冲,可使主轴转动一个精密的角度(通常在1.8°--7.5°之间)。只要施加合适的脉冲序列,电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动。
步进电机用微处理器或专用步进电机驱动集成电路,很容易实现控制。例如常用的SAAl027或SAAl024专用步进电机控制电路。
步进电机广泛用于需要角度转动精确计量的地方。例如:机器人手臂的运动,高级字轮的字符选择,计算机驱动器的磁头控制,打印机的字头控制等,都要用到步进电机。
第二类为永磁式换流器直流电机,它的设计很简单,但使用极为广泛。当外加额定直流电压时,转速几乎相等。这类电机用于录音机、录相机、唱机或激光唱机等固定转速的机器或设备中。也用于变速范围很宽的驱动装置,例如:小型电钻、模型火车、电子玩具等。在这些应用中,它借助于电子控制电路的作用,使电机功能大大加强。
第三类是所谓的伺服电机,伺服电机是自动装置中的执行元件,它的最大特点是可控。在有控制信号时,伺服电机就转动,且转速大小正比于控制电压的大小,除去控制信号电压后,伺服电机就立即停止转动。伺服电机应用甚广,几乎所有的自动控制系统中都需要用到。例如测速电机,它的输出正比于电机的速度;或者齿轮盒驱动电位器机构,它的输出正比于电位器移动的位置．当这类电机与适当的功率控制反馈环配合时,它的速度可以与外部振荡器频率精确锁定,或与外部位移控制旋钮进行锁定。
唱机或激光唱机的转盘常用伺服电机。天线转动系统,遥控模型飞机和舰船也都要用到伺服电机。
最后一类为两相低电压交流电机。这类电机通常是直流电源供给一个低频振荡器,然后再用低频低压的交流去驱动电机。这类电机偶尔也用在转盘驱动机构中。
步进电机有两种基本的形式:可变磁阻型和混和型。步进电机的基本工作原理,结合图1的结构示意图进行叙述。
图1是一种四相可变磁阻型的步进电机结构示意图。这种电机定子上有八个凸齿,每一个齿上有一个线圈。线圈绕组的连接方式,是对称齿上的两个线圈进行反相连接,如图中所示。八个齿构成四对,所以称为四相步进电机。
它的工作过程是这样的:当有一相绕组被激励时,磁通从正相齿,经过软铁芯的转子,并以最短的路径流向负相齿,而其他六个凸齿并无磁通。为使磁通路径最短,在磁场力的作用下,转子被强迫移动,使最近的一对齿与被激励的一相对准。在图1(a)中A相是被激励,转子上大箭头所指向的那个齿,与正向的A齿对准。从这个位置再对B相进行激励,如图1中的(b),转子向反时针转过15°。若是D相被激励,如图1中的(c),则转子为顺时针转过15°。下一步是C相被激励。因为C相有两种可能性:A-B-C-D或A-D-C-B。一种为反时针转动;另一种为顺时针转动。但每步都使转子转动15°。电机步长(步距角)是步进电机的主要性能指标之一,不同的应用场合,对步长大小的要求不同。改变控制绕组数(相数)或极数(转子齿数),可以改变步长的大小。它们之间的相互关系,可由下式计算:
Lθ=360 P×N
式中:Lθ为步长;P为相数;N为转子齿数。在图1中,步长为15°,表示电机转一圈需要24步。
混和步进电机的工作原理
在实际应用中,最流行的还是混和型的步进电机。但工作原理与图1所示的可变磁阻型同步电机相同。但结构上稍有不同。例如它的转子嵌有永磁铁。激励磁通平行于X轴。一般来说,这类电机具有四相绕组,有八个独立的引线终端,如图2a所示。或者接成两个三端形式,如图2b所示。每相用双极性晶体管驱动,并且连接的极性要正确。
图3所示的电路为四相混和型步进电机晶体管驱动电路的基本方式。它的驱动电压是固定的。表1列出了全部步进开关的逻辑时序。
值得注意的是,电机步进为1-2-3-4的顺序。在同一时间,有两相被激励。但是1相和2相,3相和4相绝对不能同时激励。
四相混和型步进电机,有一特点很有用处。它可以用半步方式驱动。就是说,在某一时间,步进角仅前进一半。用单个混合或用双向开关即可实现,这种逻辑时序由表2列出。
四相混和型步进电机,也能工作于比额定电压高的 |
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