电机控制器综合指南

什么是电机控制器？

电机控制器是指调节扭矩、电机速度和设备输出的电气设备。电机控制器通常带有手动或自动停止或启动电机的方法。

是什么让电机控制器如此重要？那么，如果没有这些设备，电机就没有必要的过载保护。过载会导致电气故障，从而可能损坏电子设备。

大多数电机至少需要几个安培才能正常运行。不幸的是，微控制器只能提供大约 0.1 安培，这太少了。电机控制器可以帮助您达到所需的安培数。

电机控制器类型

有四种主要类型的电机控制器。让我们仔细看看它们中的每一个。

2.1 交流电机控制器

交流电机控制器修改电机的输入功率。他们通过调整进入发动机的能量频率来实现这一点。其目的是调节速度和扭矩。交流控制器的其他名称包括交流逆变器、变速驱动器和变频驱动器。

2.2 直流电机控制器

就像交流电机控制器一样，直流电机控制器也可以调节输入功率。直流电机控制器改变或改变电流源以直接输出电流或频率。直流电机控制器有效地控制电机的扭矩和速度。

2.3 伺服电机控制器

伺服电机控制器是指一种电子设备，它通过将电流源调整或调节到所需的频率、脉冲或电流输出来修改输入功率。与交流和直流电机控制器一样，伺服电机控制器非常适合特定应用。伺服电机控制器适用于运动控制应用，尤其是在制造和建筑行业。这些控制器控制位置、扭矩和电机速度。

2.4 步进电机控制器

步进电机控制器是一种控制输入功率的电子设备。控制器通过将电流源调整为步进电流输出来实现这一点。步进电机控制器特别适用于制造和建筑环境。与此列表中的其他控制器一样，步进电机控制器控制位置、扭矩和电机速度。步进电机控制器的另一个名称是电机分度器。

电机控制器如何工作？

大多数初学者设计师和工程师不了解电机控制器的工作原理。有趣的是，这比你想象的要容易得多。让我们深入了解一下这个主题。

3.1 H桥方向控制器

这种直流电机控制过程是最简单的。该过程涉及两对开关。每次连接几个按钮，电路就完成并产生电力。

要制作 4 节电机，您可以混合和匹配开关或更改它们的极性。用户还可以更改 H 桥的大小以使其适合更小的系统。

3.2 通过脉宽调制 (PWM) 进行速度控制器

PWM 电路通过启动或限制 PCB 电源的电压来控制电机的速度。这些电路通过线圈感应具有平滑效果。当您想改变速度、方向或制动时，可以将 PWM 电路与 H 桥结合使用。

3.3 通过可变电阻的电枢控制器

另一种改变直流电机速度的方法是改变流经线圈或电枢的货币。轴速度可以根据电流供应而变化。这是因为它与电枢中电流产生的磁场成正比。

如果您想限制电机速度，请考虑在电枢上添加电阻器。要加快速度，请添加定子电阻。

在电枢线圈上添加电阻意味着您会产生更多的热量并损失能量。这就是为什么这种方法效率低的原因。

3.4 关闭电机

要关闭电机，只需切断 PCB 的电压供应。您也可以打开电机中的开关。你可以打开一个连接两个的开关。

3.5 电机制动

在电机制动方面，您可以采用三种方法之一。首先是动态制动。该方法涉及切断电机的电源。

第二种类型的制动称为喷射制动。此方法仅适用于交流电机控制。断开电源并提供直流电源后；相反，您可以创建一个磁场，通过改变电机的旋转方向来减慢或停止电机。

还有再生制动，其运行方式与动态制动相同。您切断电源，然后通过旋转电机送回电源。再生制动可以为电池充电。然后电池将为发动机提供电流。

电机控制器选择标准

选择电机控制器时应该使用什么标准？我们在本节讨论两个。

4.1 电气规格

在电气规格方面，您需要注意的一些问题包括：

最大输出电压

相关设备的输出应始终符合整个系统的输出。

额定功率

电机可以使用的最高功率。

交流/直流电源电压

AC/DC电源电压旨在实现完美运行。

连续输出电流

通常，该设备在不超过热量限制的情况下承载电流。

巴士类型

您可能听说过总线类型，它由尖端技术附件组成。

单相/三相输入

一般来说，可以使用低压或高压应用。

电机控制器频率

电机控制器通常使用从 50 Hz 到 400 Hz 的频率。

4.2 操作规范

电机控制器的性能取决于控制系统和设计设置。可以添加不同类型的手动控件，例如旋钮、跳线、电位器等。或者，可以使用操纵杆、数字面板等计算机控件。

4.3 特点

电机控制器的选择很灵活，取决于您想要包含的功能。不同的电机控制器具有附加功能。例如，您可以选择软启动功能，让您决定设备的开机时间。

无刷直流电机控制器 VS 有刷直流电机控制器

直流电机主要有两种类型：有刷和无刷。有刷直流电机控制器是最古老的电机控制器之一。有刷电机的整流一般由直流电源在内部进行。该控制器具有转子、一些刷子和一个轴。这些刷子的极性和电荷决定了电机的速度和方向。

无刷直流电机控制器之所以广受欢迎，主要是因为它们的效率。这些电机控制器具有与有刷电机控制器相同的外观，但没有电刷。电机还具有控制方向和速度的专用电路。我们需要提高效率，安装在转子磁铁周围的无刷电机。

电机驱动器和电机控制器的区别？

您需要控制任何包含来自微控制器的轮子或其他电动部件的电子设备。正如我们之前指出的，标准芯片只能输出少量电流。因此，无论大小如何，您都无法有效地直接驱动电机。这就是电机驱动器的用武之地。

电机驱动器使用更大的芯片来处理比微控制器通常的 5V/3.3V 更大的电流水平和更高的电压。使用电机驱动器，您可以控制更大的负载。

那么，电机驱动器与电机控制器有何不同？好吧，电机驱动器只是处理驱动电机的能力。另一方面，电机控制器内置了所有逻辑电路。您可以使用更高级别的接口来控制电机控制器，例如 A PWM 信号、模拟输入、USB 等。

变速控制器

是变速驱动器

调速驱动器

微型驱动器

交流驱动器

逆变器

7.1 交流电机变速控制器

正如我们之前所暗示的，交流变速控制器通过交流电动机的电压和频率来工作。这些变频器有许多应用，包括传送带、游泳池泵、车床、磨机、空气压缩机、HVAC 风扇等。与直流电机频率控制系统不同，交流速度控制器具有高能效。难怪现在许多设计人员选择用交流选项改装直流速度控制器。

电机速度控制器的不同电压

电机速度控制器提供不同的电压选项，包括 12V、24V 和 90V。虽然这三者有许多相似之处，但也存在明显的差异。总体而言，所有三个设计特征几乎都是相同的。主要区别在于 12V 电机控制器的电流通常是 24V 电机的两倍。反过来，一个 90V 电机控制器从其电压源中移除的电流最少。对于任何给定的机械负载，三者都有类似的电源。在三者之间进行选择时，公司代表应该能够提供更具体的细节，以便您做出正确的决定。

在许多情况下，电机速度控制器的价格并没有显着差异，尽管它们的电压不同。当您为同一应用购买电机控制器时尤其如此。

不过，电机的接线不同。 24V 电机控制器的电线通常比 12V 电机控制器的电线小。尽管尺寸较小，但较小的电线可以有效地提供电力。

电机启动器

电机启动器目前是电机控制领域的顶级发明之一。启动器是控制启动电动机所需的电力的电气设备。这些工具还有助于停止、反转和保护电动机。

一般来说，一个开始由两个主要部分组成：

• 接触器

接触器控制进入电机的电流。该组件可以接通或断开电路中的电源。

• 过载继电器

当电机消耗过多电流并过热时，它可能会烧毁。过载继电器的作用是确保不会发生这种情况。

9.1 电机启动器的种类？

通常，有两种类型的电机启动。它们是：

• 手动启动器

顾名思义，手动启动器是需要手动操作的设备。启动器相当容易操作，通常不需要专家干预。设备本身有一个按钮，您可以在打开和关闭设备时使用该按钮。使手动启动器优于其他类型的启动器的一些特性包括：

操作安全经济。

它们足够紧凑，可以进行各种应用。

提供低过载。电机检测，安全无损伤。

他们的初始成本很低。意义重大

它们带有无穷无尽的外壳选择。

• 磁力电机启动器

磁电机启动器需要电磁控制。通常，与电机电压相比，电机启动器需要更低、更安全的启动电压。磁电机启动器具有电气接触器和过载继电器，以防止它们过流和过热。

关于电机控制器的更多信息

正如您从我们在前几节中介绍的内容中看到的那样，电机控制器的主题非常广泛。这里还有一些您可能会感兴趣的事情。

10.1 Arduino 电机控制器

Arduino 电机控制器允许您驱动步进直流、步进电机、螺线管和继电器。电机控制器是驱动感应电机的双全桥驱动器。使用 Arduino 板，您可以驱动两个直流电机并控制每个方向和速度。该电机控制器还允许您测量单个发动机的电流吸收等。

10.2 剑齿电机控制器

Sabertooth 电机控制器是可用的最通用和最高效的双电机驱动器之一。这些电机控制器适用于大功率设备，例如重达 300 磅的机器人。使用 Sabertooth 电机控制器，可以在几秒钟内实现每通道高达 50A 的峰值电流。这些电机控制器具有热保护和过流保护功能，这意味着您无需担心会导致驾驶员死亡的意外失速。

10.3 火花电机控制器

Spark 电机控制器是市面上最实惠的有刷直流电机频率控制器之一。该控制器具有 60A 的连续电流并具有被动冷却功能。其他令人印象深刻的功能包括允许智能控制和 LED 状态指示灯的双向限位开关。这些特性和其他特性使这些电机控制器成为市场上最受欢迎的控制器。

10.4 Vex 电机控制器

Vex 电机控制器的显着特点之一是使用标准 PWM 信号来驱动线电机。使用这些电机控制器时，最好确保在微控制器和电机控制器之间仅使用一根 3 线延长线。 U 控制器的显着特征可能需要更长的扩展；但是，您可以在控制器和电机之间使用 2 线延长电缆。

10.5 Talon 电机控制器

Talon 电机控制器具有集成的 PID 控制以及令人印象深刻的通信协议。这些控制器如此受欢迎的原因在于它们的小巧轻便。

10.6 特斯拉电机控制器

特斯拉电机控制器是最近进入市场的产品之一。这些控制器中的每一个都装有一个交流感应推进电机，对于大型设备，它的转速高达 16,000 RPM，对于较小的低功率选项，它的转速高达 18,000 RPM。

特斯拉电机控制器还具有控制器/逆变器以及差速器。每个单元都有一个隐形 EV 控制器板更换，以实现高效的 CAN 总线通信。

10.7 树莓派电机控制器

Raspberry 电机控制器具有双 H 桥电源 IC，可控制每个单桥高达 5A 的电感负载。这些器件支持非常宽的电压范围 (6V – 8V)。

10.8 柯蒂斯电机控制器

Curtis 电机控制器为各种道路车辆应用提供平稳高效的速度控制。这些控制器也非常安静且具有成本效益。现代 Curtis 电机控制器使用 MOSFET 技术，因此具有许多以前在旧型号中无法获得的优势。

10.9 可控硅电机控制器

SCR 功率控制器已经存在了半个多世纪。最初，这些电源控制器只能处理几百瓦。今天，SCR 电机控制器可以使用兆瓦级的功率。目前，可控硅电机控制器在各行各业都有应用。

SCR 控制器具有控制电路和晶闸管。这些控制器可以在几毫秒内无数次地切换电流。一般来说，可控硅控制器比可变变压器和接触器更实惠、更可靠。

10.10 单相交流电机速度控制器/双电机控制器/三相电机控制器

随着技术的进步，电机控制器不断变得更加复杂。现代电机控制器比以前的型号具有更高、更舒适和更具成本效益的性能。这些控制器也可用于各种解决方案。今天，您可以找到单相、双相和三相电机控制器。

在空气运动和压缩机应用方面，单相交流电机控制器仍然是领先的解决方案。那是因为它们广泛可用且具有成本效益。大多数低性能系统都使用这些控制器。

双相和三相电机控制器已经出现并取得了相当大的进展，尽管比单相对应物更复杂、更昂贵。然而，最近，工程师们一直致力于使全相电机控制器尽可能高效。

电机控制器应用

您可以想到几乎每个区域都有电机控制器。以下是这些设备的一些顶级应用。

11.1 多轴控制器

这些设备确定、控制和监视运动要求。

11.2 机器人运动控制器

机器人运动控制器具有在机械系统中非常有用的硬件和软件。

11.3 伺服放大器

电机控制器有助于生成模拟信号，然后可以产生更多的功率或电流。

11.4 逆变器驱动

在将输入的交流电转换为直流电时，变频器是必不可少的。

11.5 微控制器

微控制器有助于调节数字数据的流动。

11.6 可控硅整流器 (SCR)

可控硅与直流电机配合使用，可将交流电微调为直流电。

11.7 数字信号处理器

微处理器可以实时处理数据。

这包括视听、压力、热量和位置。然后设备使用各种控件运行这些数据。

11.8 脉宽调制

脉冲宽度调制也被称为标量控制。电机控制器可以将交流电压和频率转换为直流，其运行呈正弦曲线。

结论

鉴于在各种电气设备和机械中的巨大作用，电机控制器将继续成为各种行业不可或缺的一部分。借助我们在本综合指南中包含的所有信息，可以更轻松地确定最适合您的应用的电机控制器。要记住的是，不同的控制器具有不同的功能、功率要求和应用。

当然，当您遇到困难时，寻求专业帮助总是有益的。确保您选择的电机控制器质量上乘的重要一步是与信誉良好的电机控制器制造商合作。如果您想了解控制器的更多信息，可以联系我们，我们可以一起讨论更多知识。