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干货 各样直流电机的控制手段

  在今世电子产品中,自愿限制编制,电子仪器筑树、家用电器、电子玩具等等方面,直流电机都取得了广泛的使用。行家熟习的录音机、电唱机•、录相机、电子盘算机等,都不能枯槁直流电机。于是直流电机的限度是一门很适用的本事。本文将慎密介绍各样直流电机的职掌方法。

  第一类为有几相绕组的步进电机。这些步进电机•,外加安妥的序列脉冲,可使主轴转化一个精湛的角度(平淡在1.8°—7.5°之间)。只消施加场面的脉冲序列,电机不妨遵守人们的预定的疾度或方针进行延续的转变。

  步进电机用微收拾器或专用步进电机驱动集成电讲,很方便告终掌管。比方常用的SAAl027或SAAl024专用步进电机操纵电路。

  步进电机盛大用于需要角度挪动具体计量的名望。比方:古板人手臂的行动,高档字轮的字符遴选,计算机驱动器的磁头驾驭,打印机的字头职掌等,都要用到步进电机。

  第二类为永磁式换流器直流电机,它的安排很简陋,但利用极为雄伟•。当外加额定直流电压时,转快的确十分。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死板或征战中。也用于变速界线很宽的驱动装配,比如:小型电钻、模型火车、电子玩具等。在这些使用中•,它借助于电子驾驭电途的恶果,使电机见效大大稳定。

  第三类为伺服电机,伺服电机是自愿装配中的施行元件,它的最大特质是可控。在有把握信号时,伺服电机就蜕变,且转速大小正比于限定电压的大小,退却节制暗号电压后,伺服电机就马上中断转变•。伺服电机行使甚广,几乎悉数的自动支配体系中都必要用到。

  比如测速电机,它的输出正比于电机的速度;也许齿轮盒驱动电位器机构,它的输出正比于电位器改变的名誉.当这类电机与稳当的功率把握反馈环配合时,它的快度不妨与外部振荡器频率仔细锁定,或与外部位移驾御旋钮实行锁定。

  结果一类为两相低电压互换电机。这类电机广泛是直流电源供给一个低频振荡器,然后再用低频低压的相易去驱动电机•。这类电机无意也用在转盘驱动机构中。

  步进电机有两种根蒂的状态:可变磁阻型和混和型。步进电机的根底事件原因,集关图1的组织示野心实行说明。

  图1是一种四相可变磁阻型的步进电机构造示企图。这种电机定子上有八个凸齿,每一个齿上有一个线圈。线圈绕组的维系式样,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,因而称为四相步进电机。

  它的事件经由是云云的:当有一相绕组被推动时,磁通从正相齿,过程软铁芯的转子,并以最短的叙径流向负相齿,而其大家六个凸齿并无磁通。为使磁通旅途最短,在磁场力的效果下,转子被威逼转化•,使迩来的一对齿与被催促的一相对准。

  在图1(a)中A相是被胀动,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相进行驱使,如图1中的(b),转子向反时针转过15°。若是D相被鞭挞,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。源由C相有两种无妨性:A—B—C—D或A—D—C—B。一种为反时针变更;另一种为顺时针改观。

  但每步都使转子变化15°。电机步长(步距角)是步进电机的严沉本能指标之一,区别的行使场关••,对步长大小的请求区别。刷新支配绕组数(相数)或极数(转子齿数),可以厘革步长的大小。它们之间的互相关连•,可由下式计算:

  式中:Lθ为步长;P为相数;N为转子齿数。在图1中,步长为15°,呈现电机转一圈需求24步。

  在实际操纵中,最通行的仍旧混和型的步进电机。但事宜意义与图1所示的可变磁阻型同步电机不异。但布局上稍有区别。比如它的转子嵌有永磁铁。役使磁通平行于X轴。平淡来讲,这类电机具有四相绕组•,有八个伶仃的引线a所示。或许接成两个三端状态•,如图2b所示•。每相用双极性晶体管驱动,而且勾结的极性要准确。

  图3所示的电途为四相混和型步进电机晶体管驱动电途的根基方法。它的驱动电压是固定的。表1列出了全部步进开合的逻辑时序。

  值得稹密的是,电机步进为1—2—3—4的程序。在同权且间,有两相被催促。可是1相和2相,3相和4相齐备不能同时促使。

  四相混和型步进电机,有一特点很有用处。它没关系用半步形式驱动。即是叙,在某一时间,步进角仅上进一半。用单个混合或用双向开合即可告终,这种逻辑时序由表2列出。

  四相混和型步进电机,也能事务于比额定电压高的情景。这没关系用串联电阻实行降压。来历1相和2相,3相和4相是不会同时事务的,于是每对仅一个降压电阻,串接在图3中的X和Y点之间。因而额定电压为6V的步进电机,就无妨事情在12V的电源下。这时需串一个6W、6Ω的电阻。

  图21为两相电机驱动器电叙•。这个电道能驱动8欧两相电机•。每个绕组可达3瓦。频率在45Hz到65Hz。集成电路接收LM377双途3瓦音频功率夸张器作驱动。电源用正负11V。

  电道工作原因。集成电途的左半限制接成文氏桥振荡器,频率可调由RV1安排,频率可变界线45Hz—65Hz。振幅调度由RV2把持,灯泡LP1作坚韧振幅用。IC1a的输出一起直接馈送电机的一相绕组。集成电道的另一半IC1b是当作85移相器用。C6、R6是85移相器。然而在60HZ时要乘以一个十倍的衰减因子•,因此IC1b要乘以十倍的增益。电路牢固性经去耦收集C3—R4—R5,C4和C5担保。电机绕组与C8、C9所组成的谐振回途,调谐到重心频率值(55Hz)。

  伺服电机的最大特征是可控。在有负责信号时,伺服电机就转变,且转速大小正比于独揽电压的大小。去掉局限电压后,伺服电机就立时已毕变化。伺服电机的利用甚广,实在全部的自动限度体例都必要用到。在家电产品中,比方录相机、激光唱机等都是不行穷乏的急急组成局部。

  图22示出了伺服电机的最简略的利用。电位器RV1由伺服电机启发。电机可选取电流不超越700mA,电压为12~24V的任一种伺服电机••。图中RV1 和RV2是接成惠斯登(Wheatstone)电桥。集成电说LM378是双路4瓦功率夸诞器,也以桥接形式构成电机驱动差分夸张器。

  当RV2的任性改变,都将作怪电桥的平衡,使RV1—RV2之间发生一差分电压,而且加以妄诞后送至电机。电机将挪动,拖动电位器RV1到新的名誉,使电桥重新达到新的平衡。因而说••,RV1是跟踪了RV2的活动•。

  图23是用方块图样子,画出了测速传感器伺服电机系统,能用作唱机转盘精美速度节制的旨趣图。电机用古板的皮带机构驱动转盘。转盘的周围,用等决绝反射条则图形结构。用光电测速计进行把守和检测。光电测快计的输出标帜正比于转盘的转速。把光电测速计输出标志的相位和频率,与典范振荡器的相位和频率举行斗劲,用它的舛错标帜统制电机驱动电叙。

  因此,转盘的转疾就周详地周旋在额定转快上。额定转快的换档•,可由驾驭开合独揽。这些支配电讲,已有厂家做成专用的集成电途。

  伺服电机的最好模范之一,是用数字比例遥控体例。实践上这些装配是由三部份组成:采取集成电路、伺服电机、减速齿轮盒电位器机构。图24是这种系统的方块图。电途的驱动输入,是用周期为15ms而脉冲宽度为1~2ms的脉冲标帜驱动。输入脉冲的宽度•,驾驭伺服呆板输出的声望。例如:1ms脉宽,名望在最左边;1.5ms在中是职位,2ms在最右边的荣誉。

  每一个输入脉冲分三途同时传送•。一起触发1.5ms脉宽的固定脉冲产生器。一块输入触发脉冲发作器,第三途送入脉宽比赛电路。用齿轮盒输出至RV1,限定可变宽度的脉冲爆发器•。这三种脉冲同时送到脉宽比力器后•,一起肯定电机驱动电途的标的•。另一块送给脉宽添加器,以掌握伺服电机的速度,使得RV1速速驱动刻板名望输出随同输入脉宽的任何改观。

  从图中能够看出是串行数据输入•,始末译码器分出各路的限定信号。每一帧搜罗4ms的同步脉冲,紧接在背面的是四说可变宽度(1~2ms)秩序的“讲”脉冲•。译码器将四谈脉冲转换为并行形式,就能用于限制伺服电机。

  数字伺服电机驾驭单元,没关系买到现成的集成电说。例如ZN409CE或NE544N型伺服电机扩大器集成电路。图26和图27示出了这两种集成电途的范例使用。

  图28是闭用上述伺服电机型的通用尝试电说•。伺服电源电池平时为5V。输入脉冲经表率的伺服插座送到伺服电说。帧脉冲的宽度为13—28ms;用RV1调度把持。RV2调节管制脉冲宽度在1—2ms之间。用RV4微调主旨值为1.5ms.输出电平由RV3举行调度。

  两个集成电路为时基电讲CMOS7555型,电源电压没闭系低到3V如故工作。IC1为无稳多谐振荡器•,产生帧时代脉冲,它的输出触发IC2。而IC2是一个单稳电路,发生输出测验脉冲。

  四相步进电机可用几种专用的集成电讲驱动器,SAAl027是个中常用的一种,它的特点是事情电压边境宽9.5V~18V;输出驱动电流大,可达500mA。它妥帖作四相全步步进电机的掌握。图4是SAAl027的外形和引脚功效图。图5(下面↓)是它的里面意想方块图及根底应用。

  现实上,集成电说有三道缓冲输入,每一个缓冲输入都掌管一个二位(四样式)的同步可逆计数器。它的输出送到一个编码调换器。而后用四途输出,去支配输出级的四个晶体管。输出级以集电极开叙方式事件•。电机的绕组线圈串入集电极。为防守反向电动势松弛晶体管,在绕组的两端并联一反向二极管。

  要特别周至的是:集成电叙13脚和12脚是流过大电流的引脚•。而14脚和5脚流过小电流。在行使时5脚和12脚都要接地。一般正12V直接接到13脚••,然后经 R1—C1去耦电途接到14脚。正电压也必须经Rx送到4脚。Rx的结果是决心四个晶体管的最大输出驱动电流的容量。Rx的大小可由下式阴谋;

  式中E为电源电压,I为所图谋的电机最大相电流。当用12V时,Rx值取420Ω、180Ω或78Ω)时,最大输出电流诀别为100mA、200mA、或350mA。

  SAA1027集成电路有三个输入节制端:计数、式样和复位。复位端通常是高电平。计数器每次从低电平到高电平的跳变,将使集成电路变革形式。统统的事件形状已由表3列出。

  当体例统制输入端为低电寻常,在一个方进步(平凡为顺时针转化)规律屡屡。反之,方式节制端为高电平凡,则在另一个方进步(反时针迁移)规律再三。

  这个电说用于混和型四相步进电机•,额定电流可达300mA。电机可用SW3进行手工的单步实验,可能用SW2经555/7555无稳振荡器实行自动步进的实施。SW4可担任电机的方针。SW5用于复位负责实施•。

  用SW1和RV1电位器,可使无稳电途的工作快度能在很宽的畛域内改变。置位1档时为低快职掌•,频率界线从5Hz—68Hz。SW2在2当和3档时,振荡频率折柳为第1档的10倍和100倍•。总的快度左右边界从6—8500转/分。

  算计机或微摒挡器的输出端口,平常末梢驱动电压低于1V时,看成逻辑0样子;而高于3.5V时•,看成逻辑1状态•。这种逻辑称为正逻辑。只是图7中电路与上述相反。因而,步进电机输入端从高电平向低电平改换时,事宜形状改进。复位端用高电平复位。形式输入端为低电凡是,电机正转;而高电通俗,电机反转。

  倘若盘算把电流加添5A,则给与图8中的两个电路。步进电机的每相都必要外加驱动电途,一个四相步进电机,必要填补四个这样的附加电途•。图8(a))的电路用于驱动电路•,一个四相步进电机,必要增添四个云云的附加电谈。图8(a)的电途用于驱动四个全盘伶仃的绕组。图8(b)的电途用于绕组具有民众点步进电机•。D1和D2的恶果是防备电机的反电动势损坏输出级晶体管。

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