直流電機(jī)的調(diào)速原理
我們可以做這樣的實(shí)驗(yàn)，以24V直流電機(jī)為例，在電機(jī)兩端接上24V的直流電源，電機(jī)會以滿速轉(zhuǎn)動，如果將24V電壓降至2/3即16V，那么電機(jī)就會以滿速的2/3轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。由此可知，想要調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，只需要控制電機(jī)兩端的電壓即可。
以三極管作為驅(qū)動器件驅(qū)動小功率的電機(jī)，其電路原理圖如下圖所示。電機(jī)作為負(fù)載接在三極管的集電極上，基極由單片機(jī)控制。
直流電機(jī)調(diào)速原理圖
當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時，三極管導(dǎo)通，使得電機(jī)得電，從而滿速運(yùn)行；當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時，三極管截止，電機(jī)兩端沒有電壓，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。那如何使電機(jī)兩端的電壓發(fā)生變化，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速呢？
只要單片機(jī)輸出占空比可調(diào)的方波，即PWM信號即可控制電機(jī)兩端的電壓發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。
PWM信號調(diào)速的原理
所謂PWM，就是脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，其具有兩個很重要的參數(shù)：頻率和占空比。頻率，就是周期的倒數(shù)；占空比，就是高電平在一個周期內(nèi)所占的比例。
PWM方波的示意圖如下圖所示。
PWM的基本參數(shù)
在上圖中，頻率F的值為1/(T1+T2)，占空比D的值為T1/(T1+T2)。通過改變單位時間內(nèi)脈沖的個數(shù)可以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻；通過改變占空比可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。占空比越大，所得到的平均電壓也就越大，幅值也就越大；占空比越小，所得到的平均電壓也就越小，幅值也就越小。
PWM調(diào)壓演示
通過以上原理就可以知道，只要改變PWM信號的占空比，就可以改變直流電機(jī)兩端的平均電壓，從而實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。
前文說過，改變電機(jī)兩端的電源極性可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，那么電路如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)調(diào)速呢？這需要通過H橋電路來實(shí)現(xiàn)。
H橋的電路原理如下圖所示。
H橋驅(qū)動電機(jī)電路
H橋電路由四個功率電子開關(guān)構(gòu)成，可以是晶體管也可以是MOS管。電子開關(guān)兩兩構(gòu)成橋臂，在同一時刻只要對角的兩個電子開關(guān)導(dǎo)通，另外兩個截止，且每個橋臂的上下管不能同時導(dǎo)通。通過這個電路就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)調(diào)速。
PWM如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)調(diào)速
要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)只需要做如下設(shè)置即可：
A控制端：高電平，控制三極管Q4導(dǎo)通；
B控制端：高電平，控制三極管Q3截止；
C控制端：低電平，控制三極管Q1導(dǎo)通；
D控制端：低電平，控制三極管Q2截止；
通過以上操作，即實(shí)現(xiàn)三極管Q2和Q3截止，三極管Q1和Q4導(dǎo)通，電流的流向如下：
VCC→Q1→電機(jī)→Q4→GND，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正轉(zhuǎn)。
H橋驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)速電路
在這種情況下要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，只需要給Q4的基極加載PWM信號即可。
PWM如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)調(diào)速
要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)只需要做如下設(shè)置即可：
A控制端：低電平，控制三極管Q4截止；
B控制端：低電平，控制三極管Q3導(dǎo)通；
C控制端：高電平，控制三極管Q1截止；
D控制端：高電平，控制三極管Q2導(dǎo)通；
通過以上操作，即實(shí)現(xiàn)三極管Q1和Q4截止，三極管Q2和Q3導(dǎo)通，電流的流向如下：
VCC→Q3→電機(jī)→Q2→GND，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的反轉(zhuǎn)。
H橋驅(qū)動電機(jī)反轉(zhuǎn)調(diào)速電路
在這種情況下要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，只需要給Q2的基極加載PWM信號即可。
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