电机驱动系统

常用直流电机、交流电机的选择。常用驱动方案的分析比较。常用直流电机、交流电机的选择电动机种类最主要的性能特点直流电动机他励、并励机械特性硬，启动转矩大，调速性能好串励机械特性软，启动转矩大，调速方便复励机械特性软硬适中，启动转矩大，调速方便三相异步电动机普通笼型机械特性硬，起初转矩不太大，可以调速高启动转矩起动转矩大多速多速（２～４速）绕线式机械特性硬，启动转矩大，调速方法多，调速性能好三项同步电动机转速不随负载变化单相异步电动机功率小，机械特性硬单相同步电动机功率小，转速恒定表８－１电动机的主要种类及其主要性能特点电机选择的主要原则：①尽量优先选用结构简单、价格便宜、维护方便的笼型异步电动机；②一台绕线式异步电动机的造价大约为同容量笼型异步电动机的两倍，但它在技术性能上比笼型电机优越，它可以通过转子串电阻来改善启动性能或调速，故可用于调速范围不大的生产机械上。③同步电动机具有速度恒定、能改善电网功率因数等优点，适用于无调速要求、负载功率较大的生产机械。④直流电动机虽然有造价高、维护困难的缺点，但具有调速指标优越的优势，在功率较大、调速范围较宽或要求频繁启动、制动的生产机械上经常采用直流电机。电动机形式的选择：电动机的形式包括结构形式和防护形式。结构形式按电机安装位置不同分为卧式和立式。•卧式电机•立式电机•封闭式•防爆式•开启式•防护式电机的防护形式如下：电动机额定电压的选择：交流电动机的额定电压与供电电网的电压一致。中小型异步电动机都是低压的，额定电压为220V/380V及380V/660V。当电机功率较大且供电电压为6000V或10000V时，电动机应选与之相适应的高电压。直流电动机的额定电压也要与电源电压相配合，一般为110V\220V、和440V。其中220V为常用电压等级。电动机额定转速的选择：•电机长期连续运转，很少启动、制动和反转。主要矛盾：设备投资、占地面积和维护费等。•电机经常启动、制动和反转。主要矛盾：过渡过程的能量损耗大和过渡过程持续时间长对劳动生产率的影响。常用驱动方案的分析比较•电阻网络或数字电位器调整电动机•采用继电器对电动机的开与关进行控制•采用四个大功率晶体管组成H桥电路电阻网络或数字电位器调整电动机：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻元件价格昂贵，主要问题是一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。采用继电器对电动机的开与关进行控制:采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应速度慢，机械结构易损坏，寿命短，可靠性差。采用四个大功率晶体管组成H桥电路:采用由双极性管组成的H型PWM电路。用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很块，稳定性也很高，是一种广泛采用的PWM调速技术。图中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。图所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。如果DIR－L信号为0，DIR－R信号为1，并且使能信号是1，那么三极管Q1和Q4导通，电流从左至右流经电机；如果DIR－L信号变为1，而DIR－R信号变为0，那么Q2和Q3将导通，电流则反向流过电机。实际使用的时候，用分立元件制作H桥是很麻烦的，好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。L298N简介SENSEA和SENSEA连接电流检测电阻；Vss解逻辑控制部分的电源，常用＋５V；Vs为电机驱动电源；IN1~IN4输入引脚采用标准TTL逻辑电平信号，用来控制H桥的开与关；EnA、EnB引脚为使能控制端。•制作人：陈宇航、刘晓飞、崔潇、刘子娟•制作分工：资料收集：崔潇、刘子娟PPT制作：陈宇航、刘晓飞•参考资料：1.张植保.电机原理与应用.北京：化学工业出版社，2006.