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简单低压直流电机速度控制电路图

CHANBAEK 来源:网络整理 作者:网络整理 2024-06-21 15:18 次阅读

一、什么是直流电机

直流电机(Direct Current Motor)是一种能够实现直流电能和机械能互相转换的旋转电机。它既可以作为电动机将直流电能转换为机械能,也可以作为发电机将机械能转换为直流电能。

直流电机是一种将直流电能转换为机械能或将机械能转换为直流电能的设备。当直流电机作为电动机运行时,它将电能转换为机械能,产生转矩以驱动设备工作;当直流电机作为发电机运行时,它将机械能转换为电能,输出直流电以供其他设备使用。

直流电机按励磁方式可分为永磁、他励和自励三类。其中,永磁直流电机的励磁由永久磁铁提供,他励直流电机的励磁绕组与电枢绕组无联接关系,而由其他直流电源供电;自励直流电机则根据励磁绕组与电枢绕组的联接方式分为并励、串励和复励三种。

直流电机的工作原理基于电磁感应定律和左手定则。当直流电源通过电刷向电枢绕组供电时,电枢表面的导体将流过电流,并在磁场中受到力的作用而旋转。这样,输入的直流电能就转换成转子轴上输出的机械能。

直流电机因其转矩大、转速稳定、易于控制等特点,被广泛应用于多个领域。在工业生产中,直流电机常用于机床、风机、泵、印刷设备、冶金设备、化工设备、食品加工设备、纺织机械等设备中。在交通运输领域,电动车、电动汽车、电动自行车等交通工具都采用了直流电机作为动力源。此外,直流电机还在医疗设备、家用电器、电动工具、船舶、自动化系统、航空航天等领域有广泛应用。

直流电机的优点包括调速范围广、易于平滑调速、启动和制动转矩大、易于控制可靠性高等。同时,它在调速时能量损耗也较少。然而,直流电机也存在一些缺点,如换向困难导致容量受到限制、换向器费工费料且不便维护等。近年来,随着大功率半导体的发展,有人试图用交流电机加整流元件来代替直流电机,但直流电机在某些性能方面仍然具有优势。

二、简单低压直流电机速度控制电路

现在,无数的应用都使用直流电机,为了驱动直流电机并控制旋转方向,我们使用不同的控制电路,在某些情况下我们使用微控制器。这里有四种不同的简单低压直流电机速度控制电路,使用少量容易获得的组件而设计,无需微控制器。这些电路将充当独立的速度控制电路。您可以通过改变输入电压来控制有刷直流电机的速度。当我们施加较低的电压时,我们可以减慢电机的速度(低转速),而施加较高的电压时,电机会获得高速(高转速)。对于一些特定的更精确的 RPM 应用,我们可以在速度控制电路中使用PWM(脉冲宽度调制)。

以下电路设计用于驱动低电压和低功率有刷直流电机。请记住,电机的最小和最大转速是固定的,可以通过使用齿轮来增加或减少。

1、使用MOSFET的直流电机调速电路

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IRF540 功率MOSFET VI 特性用于控制直流电机的速度,电机的正偏置端子连接到IRF540 的源极端子,负端子连接到Gnd。 IRF540的漏极引脚直接连接到电源正极引脚。栅极端子连接到 RV1 的可变引脚。通过改变 RV1,不同电平的电压将到达 IRF540 的栅极端子。根据栅极电压,流经 IRF540 (ID) 的电流会发生变化,从而导致直流电机的电压水平发生变化。直流电机的速度也会发生变化。

IRF540 MOSFET 引脚排列

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IRF540 是一款 N 沟道功率 MOSFET,采用三端子 TO-220 封装。它可以处理 100V 漏源电压和 33A 的连续漏电流。

2、使用 TDA 7274 的低压直流电机速度控制电路

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TDA 7274是 STMicroElectronics 的低压直流电机速度控制器集成电路。该IC具有内部电压比较器和三个晶体管输出级。比较器的反相引脚与内部 100μA 电流源连接,非反相引脚充当控制引脚 (8)。 Vref 引脚 (6) 向内部比较器提供反馈,Out 引脚 (4) 提供负输出电压。直流电机负极引脚连接到TDA 7274 的输出引脚,通过调整 RV1 电阻,我们可以改变输出(接地电平)电压,从而控制直流电机的速度。

“该 IC 用于控制复古卡带播放器中电机的速度,现在这是一个过时的产品”不推荐用于新设计。

3、使用 IC 555 的直流电机速度控制电路

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在该电路中,定时器 IC 555配置为非稳态多谐振荡器模式并偏置以产生连续方波脉冲输出。输出脉冲连接至高开关速度元件IRF540 MOSFET。直流电机连接在 IRF540 的正极电源和漏极端子之间。定时器IC 555通过使用定时元件VR1和C2来振荡方波脉冲。输出脉冲驱动 MOSFET 并改变其开和关条件,因此电机获得离散电源,如循环踏板,电机速度取决于脉冲开时间和关时间。通过改变 VR1 值,我们可以改变输出脉冲以及直流电机速度。

4、直流电机调速 PWM 电路

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在该电路中,定时器IC 555用于产生PWM(脉宽调制)信号和L293D四路高电流半H驱动器来控制直流电机的速度和旋转方向。

定时器 IC 555 引脚分配和模块

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我们知道这款定时器IC 555有两个比较器、一个触发器、一个输出级驱动器和三个电阻(5KΩ)分压器。

5、使用 MOSFET 的直流电机速度控制电路

其主要目的是设计一种用 MOSFET控制直流电机速度的电路。 MOSFET 是晶体管的一种,用于放大或开关电路内的电压。该电路中使用的 MOSFET 类型是增强型 MOSFET,仅工作在增强模式下。这意味着当栅极端没有电压提供时,该晶体管将关闭;而当提供电压时,该晶体管将导通。因此,晶体管非常适合用作控制直流电机的开关。

直流电机用于机器人、电器、玩具等不同的应用。因此,在许多直流电机应用中,电机速度和方向控制至关重要。在这里,我们将解释如何设计一个带有 MOSFET 的简单直流电机控制器。

制作该直流电机控制器所需的组件包括 12V 电池、100K电位器、IRF540N E-MOSFET、直流电机和开关。

该直流电机调速器与IRF540N EMOSFET的连接如下:

wKgZomZ1KeCAW1SeAADwSUpEzMg265.png

采用 MOSFET 的直流电机速度控制

IRF540 E-MOSFET的栅极端子连接到电位器,源极端子连接到电机的正极线,MOSFET的漏极端子通过开关连接到电池的正极端子。

电机负极线连接到电池的负极端子。

电位器输出端连接MOSFET的栅极,GND通过电机负极线连接电池负极,VCC引脚通过MOSFET漏极端连接电池正极并切换。

一旦开关“S”闭合,MOSFET 栅极端子处的电压供应就会导致电流从漏极 (D) 端子供应到源极 (S)。之后电流开始流过直流电机并且电机开始转动。只需调节电位器即可简单地调节提供给直流电机的电流总和,然后改变 MOSFET 栅极端子上的施加电压。因此,我们可以通过控制 MOSFET 栅极端子的电压来控制直流电机的速度。为了提高直流电机的速度,我们必须提高 MOSFET 栅极端子的施加电压。

这里,设计了基于IRF540N MOSFET的直流电机控制器电路来控制电机的速度。该电路使用 MOSFET 和电位器设计非常简单。我们可以通过简单地控制 MOSFET 栅极端子上的施加电压来控制电机速度。

6、使用 LM3578 IC 的直流电机速度控制电路

与交流电机不同,直流电机非常易于使用,因为它们的速度可以轻松改变。那么,这在实践中是如何实现的呢?直流电机通过两个磁场之间的反应产生扭矩:一个磁场由固定“场”绕组(线圈)建立,另一个磁场由旋转电枢中的绕组建立。一些直流电机没有励磁绕组,而是用大型永磁体代替,以便静态磁场在所有运行条件下都是恒定的。

无论如何,直流电动机的工作原理是,当前通过电枢的电流会产生一个试图与固定磁场对齐的磁场。这导致电枢旋转。该直流电机速度控制电路采用 IC LM3578 开关稳压器设计,可用于 DC 到 DC 电压转换,例如降压、升压和逆变应用。

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正如我们在电路中看到的,直流电机连接到直流电源和输出驱动器 IRF 540 MOSFET。这里放置一个二极管 D1 以提供反电动势保护。 LM3578 引脚 5 的进一步输出信号馈送到 MOSFET 的栅极端子,驱动 MOSFET。现在,LM3578 IC 的引脚 8、7 和 6 短接在一起并与正电源连接。组件 C1、C2 和 R2 连接在引脚 1、3 和接地电源之间。这里LM3578的2脚连接R1和可变电阻VR1。 我们可以通过改变 VR1 来改变直流电机的速度。

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