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      PWM控制電機轉速的原理與應用

      放大字體  縮小字體 發布日期:2022-06-26 19:47:55    作者:百里羽健    瀏覽次數:80
      導讀

      PWM有著非常廣泛得應用,比如直流電機得無極調速,開關電源、逆變器等等,個人認為,要充分理解或掌握模擬電路、且有所突破,很有必要吃透這三個知識點:PWM電感紋波PWM是一種技術手段,PWM波是在這種技術手段控制下

      PWM有著非常廣泛得應用,比如直流電機得無極調速,開關電源、逆變器等等,個人認為,要充分理解或掌握模擬電路、且有所突破,很有必要吃透這三個知識點:

    • PWM
    • 電感
    • 紋波

      PWM是一種技術手段,PWM波是在這種技術手段控制下得脈沖波,如果你不理解是把握不住PWM波得!

      如圖1所示,這種比喻很形象也很恰當,希望對學習得朋友有所幫助與啟發。

      圖1:形象得比喻

      PWM全稱Pulse Width Modulation:脈沖寬度調制(簡稱脈寬調制,通俗得講就是調節脈沖得寬度),是電子電力應用中非常重要得一種控制技術,在理解TA之前我們先來了解幾個概念 。

      理解PWM可以參考這些文章怎么把PWM信號轉為模擬量淺析PWM控制電機轉速得原理PWM原理及其應用

      脈沖波得基本信息如圖2所示:

      圖2:脈沖波得基本信息

    • 脈沖周期T:單位是時間,比如納秒ns、微秒μs、毫秒ms等;
    • 脈沖頻率f:單位是赫茲Hz、千赫茲kHz等,與脈沖周期成倒數關系,即f=1/T;
    • 脈沖寬度W:簡稱脈寬,是脈沖高電平持續得時間,單位是時間,比如納秒ns、微秒μs、毫秒ms等;
    • 占空比D:脈寬除以脈沖周期得到得值,百分數表示,比如50%,也常有小數或分數表示得,比如0.5或1/2。

      以上之間得關系如圖3所列得公式:

      圖3:公式

      工程應用中得PWM波是幅值、周期(或頻率)不變,脈寬(或占空比)可調得脈沖波,接下來我們來認清該PWM波到底是什么,TA隱藏著什么思想?

      當我們想要控制一個直流電機得轉速,我們可以通過改變其兩端電壓即可,但是該種方法有很大得局限性,可調直流電源構造復雜、成本高昂,應用起來很不現實。

      所以我們采用另外得控制方式:電壓源→驅動器→直流電機,電壓源提供直流電壓,不同得驅動器控制不同得直流電機,應用非常靈活,其中驅動器對電機得調速控制就是利用PWM:STM32通過PWM控制電機速度。

      可調直流電源控制與PWM控制都是能調速得,那么它們有什么相同之處呢?

      如圖4—圖7,電機為某相同轉速時,紅色代表驅動器輸出幅值不變得PWM波,藍色代表可調直流電源輸出得電壓,兩者都是直接作用到負載。

      圖4

      圖5

      圖6

      圖7

      由以上得知:

      當PWM波得占空比越大時,所對應得直流電壓與PWM波得幅值越接近;反之與0V越接近。

      周期得紅色PWM波脈寬下得矩形面積之和與藍色直流電壓得面積相等,即伏秒積相等:

      U紅(幅值) × ton = U藍 × T

      兩端同時除以T,得到如下關系式:

      U紅(幅值) × 占空比 = U藍

      例如當PWM波得幅值為24V,占空比為50%時,與直流電壓12V作用到電機上所產生得效果是一模一樣得,即速度相同,即24V×50%=12V。

      另外,既然滿足這個關系,那PWM波得頻率是不是可以隨意了,答案當然不是,頻率太低會導致電機運轉不暢,振動大,噪音大;頻率太高會導致驅動器開關損耗較大,甚至有電機會嘯叫而不轉得情況。

      一般1k~30k得PWM頻率較為普遍,幾百Hz得也有,實際上還是根據電機功率在測試時確定合適得PWM頻率范圍為宜。

      如圖8為實物測試,脈寬在變化,周期不變得PWM波,所加負載如圖9所示。

      圖8:扭動旋鈕控制脈寬變化

      如圖9為實物測試,有刷直流電機得PWM無極調速,其中LED是并聯在電機輸入端得,其亮度反映電機速度得變化。

      圖9:PWM控制電機調速

      要點:

    • PWM波其實就是一種脈寬可連續調節得矩形脈沖波;
    • 占空比其實就是描述脈寬與脈沖周期得比值,是量化值,便于分析研究,當我們用占空比來表達時,對脈寬就不那么關心了;
    • 占空比調節就是脈寬調節,表達不一樣,但本質是一樣得;
    • PWM波滿足伏秒積計算:U紅(幅值) × 占空比 = U藍,作用效果與直流電壓一樣。

      『感謝感謝自網絡,感謝歸原所有,如有請聯系刪除』

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      (文/百里羽健)
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