电机控制电路图 电机控制方法及其原理

电机控制原理是电机技术领域的核心，它涉及到电机的工作原理、控制方法以及实际应用等多个方面。随着现代工业的发展，电机作为能量转换和传递的重要设备，其控制精度和效率直接影响到整个系统的性能和效率。因此，对电机控制原理的深入理解和研究具有重要的理论和实际意义。

一、电机的工作原理

电机是将电能转换为机械能的装置，其工作原理基于电磁感应定律和电磁力定律。电机按照其工作原理可以分为直流电机和交流电机两大类。

1、直流电机的工作原理

直流电机是利用直流电流通过电枢线圈和磁场线圈之间的相互作用，产生转矩从而实现机械运动的设备。其主要构造包括电枢、磁极、电刷和磁场。当直流电流通过电枢线圈时，会在电枢和磁场之间产生相互作用的磁场，从而产生转矩使得电机开始运转。直流电机的转速可以通过调节电枢电压或电枢电流来控制。

2、交流电机的工作原理

交流电机则是利用交流电流的不断变化来产生旋转磁场，从而实现机械运动的设备。根据旋转磁场的产生原理，交流电机可以分为异步电机和同步电机两种类型。异步电机（也称为感应电机）的工作原理是基于电磁感应原理，当交流电流通过定子绕组时，会在定子上产生旋转磁场，而转子则由于感应效应与旋转磁场相互作用，从而产生转动力矩，驱动电机转动。同步电机则是根据电机的速度与电源频率之间具有固定的比例关系来工作的电机，其转速与电源频率严格同步。

二、电机控制方法

电机控制方法主要包括调速控制、起动控制和制动控制三个方面。下面将详细介绍这些控制方法及其原理。

1、调速控制

调速控制是电机控制中最为重要和复杂的一个方面。调速控制方法有多种，包括电阻分压调速、变频调速和矢量控制等。电阻分压调速是通过改变电机的电源电压以降低电动机转速的一种方法，这种方法简单易行但效率较低。变频调速则是通过改变电源提供的交流电频率来调节电机转速，这种方法可以实现较宽的调速范围和较高的效率。矢量控制是一种更为先进的控制方法，它通过对电机的电流和磁场进行精确控制，实现对电机转速和转矩的精准调节，适用于对电机性能要求较高的场合。

2、起动控制

起动控制是电机从静止状态到运行状态的过程中的控制。对于异步电机来说，由于其起动时转矩较小，因此需要采用一些特殊的方法来实现顺利起动。常见的起动控制方法有直接起动、降压起动和软起动等。直接起动虽然简单但起动电流较大，对电网冲击较大；降压起动则是通过降低电源电压来减小起动电流；软起动则是利用电力电子器件来实现对电机起动过程的平滑控制。

3、制动控制

制动控制是电机从运行状态到静止状态的过程中的控制。制动控制方法有多种，包括能耗制动、反接制动和回馈制动等。能耗制动是通过在电机定子绕组中通入直流电来产生制动转矩；反接制动则是通过改变电机的电源相序来产生与电机旋转方向相反的转矩从而实现制动；回馈制动则是利用电机的发电特性将机械能转换为电能并回馈到电网中从而实现制动。

三、电机控制电路图

1、永磁电机控制电路图

这是永磁电机控制电路的原理图。该电路用于控制永磁控制。该电路使用交流三端双向可控硅开关元件来增强换向特性，因为永磁电机是发电机，而标准三端双向可控硅开关元件难以正确换向。永磁电机需要全波直流整流。

交流双向晶闸管串联在整流桥的交流输入侧。在电桥直流侧安装 SCR 最关键的部分是处理延迟开通和接近半周期结束时的定时。该电路提供宽范围控制，因此可以在低电机时触发交流三端双向可控硅开关元件速度快或传导小。交流电阻和整流器具有相似的额定电压。所有这些都基于实际的电机负载和线电压要求。

2、具有限流器的555 IC PWM电机控制电路图

为了提供快速的电机速度变化和电机方向反转，四个输出驱动 MOSFET H 桥。 N 沟道器件是下轨功率 MOSFET，P 沟道是上轨功率 MOSFET。它们全部由 TC4469 驱动。

小串联电阻有助于防止栅极振荡并减慢下轨器件的转换时间，从而帮助上器件保持关闭状态。可以轻松、经济地添加电阻分压器和低成本电平转换晶体管，以维持上轨 MOSFET 的 15VDC 栅极驱动，以实现超过 12VDC 的电机电压。

当电压高于 15VDC 时，简单的线性稳压器可以通过正电机电源为它们供电，因为 ICM7555 和 TC4469 需要的电流可以忽略不计。为了帮助保护栅极免受电源瞬变的影响，我们可以使用齐纳二极管。当同一桥臂中的下部 MOSFET“导通”时，会产生高 dV/dT，栅极至源极电容器有助于使上部 MOSFET 保持“关闭”状态。解决这种情况的另一种方法是在“OFF”状态下保持上部 MOSFET 栅极驱动阻抗较低。

H 桥接地脚中的检测电阻提供了一种简单的方法，可以逐个脉冲地检测电机电流，无论电机正向或反向旋转。为了在电机电流超过允许值时抑制 PWM 生成，该信号经过过滤并施加到 ICM7555。

3、步进电机控制电路图

步进电机提供简单、低成本且精确的位置控制。步进电机可由安装在电机附近的电路驱动，并通过长电缆由远程控制电路控制。该电路的有趣之处在于，电机和驱动器电路的电源都是通过两条电线传输的，这两条电线也传输控制信号。

LMC555 CMOS定时器集成电路(IC1)产生200微秒脉冲来步进电机并控制其速度。通过改变该脉冲的频率可以改变电机的速度，为此目的提供了R1可变电阻。在 IC1（引脚 3）的输出端，负向时钟脉冲驱动 IRL530N (Q1) 功率 FET 的栅极，该栅极会立即关闭并将驱动板与地断开。这种电源中断会向电机驱动器发送信号以使电机步进。旋转方向由通过互连线L1和L2施加到驱动电路的电压的极性来控制。

MPSA05双极NPN晶体管Q2和MPSA55 PNP晶体管Q3和Q4反转来自引脚3的脉冲，在Q1关断时将Q1的漏极拉高。拨动开关S1通过切换极性来设置其方向。按钮 S2 通过打开和关闭时钟来启动和停止电机。

4、具有正向、反向和制动操作的PWM电机控制电路图

该 PWM 电机控制电路为直流电机提供多种控制。您可以控制直流电机正转、反转或制动直至停止。

该电路使用MOSFETS桥来驱动电机，由一些逻辑门和小型双极晶体管控制。电机电压可为 10-20 伏，电流最大应为 8 安培。 MOSFET 应安装适当的散热器。 V+ 输入应由直流电机的工作电压（10-20 伏）供电。尽管 MOSFET 设计用于 100 伏工作电压，但您只能使用 20 伏的最大电压，因为该电压还用于驱动栅极，通常限制为 20 伏。该电源电压的最小值为 10 伏，因为如果电压低于 10 伏，门将不会完全打开。您可以为此应用选择多种类型的 10-20 伏直流电机。