有刷直流电机
有刷直流电机是一种直流电机,有刷电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷,转子上安装有电枢绕组和换向器。
直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组,产生电枢电流,电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩,使电机旋转带动负载。
由于电刷和换向器的存在,有刷电机的结构复杂,可靠性差,故障多,维护工作量大,寿命短,换向火花易产生电磁干扰。
工作原理
有刷直流电机的工作原理图如图2-1所示。在有刷直流电机的固定部分有磁铁,这里称作主磁极;固定部分还有电刷。转动部分有环形铁芯和绕在环形铁芯上的绕组。
图2-1所示的两极有刷直流电机的固定部分(定子)上装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S,在旋转部分(转子)上装设电枢铁芯。定子与转子之间有一气隙。
在电枢铁芯上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈,线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上,此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘,由换向片构成的整体称为换向器。
换向器固定在转轴上,换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2,当电枢旋转时,电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
H桥电路的有刷直流电机驱动
高边电压线性控制
在该有刷直流电机驱动的驱动器电路示例中,可以通过线性控制高边Pch MOSFET来更改OUT引脚的H电压,从而控制施加到电机的电压。
OUT引脚的H电压由施加到Vref引脚的直流电压控制,理论上的电压与施加到Vref的电压相同。这就可以控制电机的转速/转矩。
在该示例中,当高边MOSFET(Q1,Q3)通过H桥切换控制逻辑导通时,运算放大器会给高边MOSFET的栅极偏压,使MOSFET导通,并且MOSFET的漏极电压被反馈至运算放大器的同相输入。
根据运算放大器反馈电路的原理,该电路执行反馈控制,以使反相输入和同相输入具有相同的电压。
在该示例中,施加到Vref引脚的电压=运算放大器的反相引脚电压等于运算放大器同相引脚=MOSFET的漏极电压=OUT引脚的H电压。由于该反馈电路的增益为+1,因此Vref和OUT的电压比也为1:1。
可能对于反馈到该同相引脚的电路感觉有点不协调,但是由于Pch MOSFET为活动状态的L,因此会反馈运算放大器输出的反向电压。这与使用PNP晶体管作为升压器的反馈电路的思路相同。
有刷直流电机驱动的H桥控制电路的工作与“输出状态的切换”中所述的工作相同。
关键要点:
有刷直流电机驱动时,可以线性控制H桥电路高边电压的电路结构。
有刷直流电机驱动时,通过控制OUT引脚的H电压,可以线性控制电机转速/转矩。
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