模式介紹
(1)雙極模式,即電樞電壓極性是正負交替的
優點:能正反轉運行,啓動快,調速精度高,動態性能好,調速靜差小,調速範圍大,能加速,減速,剎車,倒轉,能在負載超過設定速度時,提供反向力矩,能克服電機軸承的靜態摩擦力,產生非常低的轉速。
缺點:控制電路複雜,對電路設計有很高的要求
解決思路:現有很多H橋驅動芯片可以應用,減少開發者的負擔
(2)單極模式,即電機電樞驅動電壓極性是單一的
優點:啓動快,能加速,剎車,能耗制動,能量反饋,調速性能不如雙極模式好,但是相差不多,電機特性也比較好。如果接成H橋模式,也能實現反轉。
在負載超速時也能提供反向力矩。
缺點:剎車時,不能減速到0,速度接近0速度時沒有制動力。不能突然倒轉。動態性能不好,調速靜差稍大。
(3)受限單極模式,即除了單極調製外,能耗制動通路受到了限制。
優點:控制電路簡單,如果接成H橋模式,也能正反轉。
缺點:不能剎車,不能能耗制動,在負載超過設定速度時不能提供反向力矩。
調速靜差大,調速性能很差,穩定性也不好。
s首先,這裏的PWM和PWM 都是已經經過處理後,能直接驅動功率管的信號,而不是單片機輸出的PWM信號,至於MOS管的驅動方法,這裏不討論。
注意點:
(1) PWM 信號是和PWM信號互補的,邏輯上互補,而不是電平的互補。
(2) 還有默認這兩個信號已經經過了死區控制,不會產生同時導通的問題。
(3) 除了第一個圖外,功率管上必須並聯續流二極管,要麼是MOS管裏自帶的,要麼就是BJT再並聯的,或者MOS管並聯肖特基。
其實我們大家平時控制電機用的都是如圖1所示的那種樣子,
(4) 這種模式叫受限單極調製,只有加速和調速功能,是沒有剎車功能的,電機速度下降靠負載摩擦,也沒有負力矩。
比如說,設定速度是50%,但是電機因爲外力速度達到了60%了,電機也不會減速,只有電機速度超過100%時,電機產生的反電動勢超過了電源電壓,纔會產生反向力矩,那個另當別論。
像以前的有刷電動自行車採用的就是這種控制方法,只能加速,不能減速,速度控制也不精確,但是足夠滿足要求了。
其次,我們想要電機實現正反轉,也只不過是用到了圖2和圖4的樣子,
這個雖然是接成了H橋的樣子,但是實際上還是受限單極調製,把圖2的Q4拿掉,Q1變成一個二極管,電路就又變成了圖1的樣子。其他的圖都同理。
單極調製和雙極調製
剎車可行性分析:如果想得到有剎車的功能,就必須使用一個與PWM信號互補的PWM信號。這個信號在PWM關斷期間,爲電機提供一個續流通道, 相當於開關電源的同步續流吧,也有稱之爲同步整流。按道理,那個二極管也能提供續流通道如圖6中的Q1,但是用MOS管作爲續流通道有2個好處, 第一,導通壓降低,比二極管發熱更少,效率更高, 第二,二極管上不能產生反向電流,而MOS管可以通過反向電流 其實二極管的反向電流對於MOS管來講是正向電流, 電機反電動勢在PWM關斷時間的伏秒數 大於 電源電壓在PWM開通時間加在電機上的伏秒數,小於,那麼電機會產生反向電流,使電機產生反向力矩, 因爲直流永磁電機的力矩是正比例於電流的,反向電流就會產生反向力矩。視這個電流的大小,電機就能減速或者剎車了。而且電機上的這個反向電流還會在PWM開通時間回饋到電源中去,做到了能量回饋。如果電源是二次電池,那麼這是有好處的,如果不是電池的話,會使母線電壓升高,要做一些能量消耗的措施。 (1) 緩減速: 說白了,就是你的PWM佔空比就能控制電機的轉速,電機的轉速會跟隨的你PWM佔空比變化,你的佔空比加大,電機就會加速,你的佔空比減小,電機就會減速 (2) 中減速: 但是如果你的佔空比突然減到0,就相當於把電機短路了,這是急剎車,會不會損壞要看電機的內阻,功率,慣性,還要看功率管的過載能力。當然還考驗電機的機械強度,因爲這種剎車從表面上看,就好像直接用硬物把電機卡住的效果差不多,發出的聲響也是十分巨大的金屬聲。 (3) 暴力速:把電機切換到反向運行狀態,但是這種方法是有很大的隱患的,往往會造成器件損壞。 不過話又說回來了,那種受限單極PWM調製方法,只能使用這1種剎車或減速模式,既沒有好的效果,又容易損傷器件。 所以如果需要電機帶剎車的話,儘量使用單極調製或雙極調製,不要使用受限單極調製模式。 一般電動輪椅的電機都是採用這種模式控制的。
雙極模式雙極模式,只有H橋一種接法,而且4只管子同時工作。如圖11 控制:當PWM佔空比爲50%時,電機保持靜止狀態,當PWM佔空比大於50%時,電機正轉,當PWM佔空比小於50%時,電機反轉。 其實當佔空比爲50%時,電機並不是靜止的,而是在原地抖動,電機通電但是未線圈未實現極性反轉。因爲電機上的電流也是一個交流的,這個抖動能有效克服電機的靜摩擦,使電機能快速啓動,迅速反應,適用與需要動態性能好的場合。 當然了,單極和雙極調製也可以把4只管子都關斷,使電機自由減速,而不是靠方向力矩來進行減速。 |