來源:控特電機
電機,無論其類型如何,都需匹配某種類型的控制器,這些控制器的特性和復雜性可能有所不同,這主要取決于特定電機的功能。電機控制機構最簡單的例子是一個將電機與其電源相連的常規開關,此開關可以是手動控制器,也可以是連接到自動傳感器的繼電器,用于啟動和停止電機。
控制電路設計的準備
面對”對的時間”之前,還有一項“送電”的事前工作需準備,也就是需要確定驅動電路。它所擔任的角色是如何設計可控制的供電系統,它需要具以下信息,以確??删€路板設計和散熱設計,電子元器件等硬件滿足系統需要。
供電能力大小,需與電機的規格相匹配。接收控制命令操作,需與控制器搭配。
電源傳輸效率,信號及電源可正常傳輸,不受到其他信號或電磁波干擾。系統置于操作環境下,是否可以正常運作。
安全防護能力。
有了完善的驅動電路后,才能確定“對的時間”,雖然使用時間是名詞,但其真正表示的意思為“位置”,即為電機轉子的旋轉的相對位置,或可稱為角度。
Τ=1/2π·I·L·D^2·N·Sin(δ)
以上方程式為電機轉矩公式,其中Sin(δ)表示電機的電流與磁場的夾角,當Sin(90°) =1為最大值,Sin(0°)=0為最小值,在”對的夾角位置“輸送”電流“給電機,才可達到最佳的輸出效果。
如何做到“對的時間”
要做到”對的時間”,第一關是獲得電機轉子正確的位置,即需依賴位置傳感器的運用。然而位置判斷會受到傳感器解析度、安裝位置、信號處理、資料傳輸、編程計算等產生誤差的現象,其可能原因分析如下:
分辨率度不足會導致傳感器無法直接標示出該送電的位置點,需要再經由信號處理的技巧間接求得。若具備有充分解析度的傳感器,則無須擔心安裝問題,反之若安裝位置偏差亦無法直接標示正確位置點。傳感器所提供的為電子信號,使用上是以觀察電壓位準變化來判斷位置變化,然而所有電壓位準的變化,事實上都是依賴電流傳輸來達成的。傳感器電路中,常加入電容來進行濾波及穩壓等工作,穩定電壓位準,但亦會影響電流工作時間,使電壓位準需要較長的變化時間,產生延遲的現象。經由傳感器所獲得之電子信號,需傳輸至控制器方可使用,然后,在控制電路板上會具有電容及電感元件,影響電子信號進入控制器的時間。
位置信號進入控制器后,可能還需要經過運算或是處理,或是要等其它程序先跑完等因素,導致無法立即性對位置信號做出反應。
以上列出幾項較常見之發生原因作為參考,獲得正確的位置信息后,則要送入”電流”進入電機,需注意”對的時間”是指電流進入電機運作的時間,電機可視為電感性元件,會導致電流進入電機的時間大幅延后。事實上,電機內的電感值,會受到流入電流大小及電源切換頻率(轉速)而改變,因此在不同的轉速下,電流延遲時間亦會產生變化。
另外也要注意從控制器接收位置信號,到處理完成輸出控制命令的所需時間,還有開關元件的響應時間及頻寬問題,都有可能導致送入電流的時間受到影響。
如何做到好的驅動
確保信號的傳速速率:信號的延遲已為必然的結果,但若延遲的速率為固定且已知,則可由硬體或是軟件方式去補償;由于方程式中的計算函數為Sin(δ),故差異角度不大,則其計算值仍非常接近1,影響并不大。能有效地確保信號傳速,則需依靠電路設計之能力,包括各項電子元件的選配、電源能量配置及電路布線規劃等等。
軟件編程能力:電機驅動程式對于控制器的負擔并不大,但控制器同時需處理許多工作,因此權重、順序及注意掌握運算的時間。若選擇高階的控制器,其運算反應速度快,不需要擔心彼此拖累時間的問題。對于低階的控制器,則連程式編譯需注意,可能需要直接使用組合語言撰寫程式碼,以達到最短的程式執行時間。
電機系統整體理解性:做電機驅動仍需對電機要有深刻性的理解,目前電子電路系統大多是針對電壓信號作控制及處理,一來電流值并不大,二來考慮電流產生的損失及電磁波影響。電機系統中,電流才是轉矩力量的直接來源,觀察電流的變化重要性遠遠超過電壓。電機內的電感及產生的電磁波都遠大于電子電路系統,若考慮不適當,很有可能反灌至驅動電路中直接造成不良影響。再者,電機所處的使用環境較為嚴苛,若要將電路直接置于電機內部時,需特別注意。
結論
根據電機的應用,控制器可以提供不同的功能,它們有助于電機在低電壓條件下啟動,允許多種速度或反向控制操作,防止過電流和過載故障,并執行各種其他功能。一些復雜的電機控制裝置也有助于有效控制電機的速度和扭矩,也可能是負責電機驅動機器精確定位的閉環控制系統的一部分。
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原文標題:電機控制如何實現“對的時間干對的事
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