直流電動機驅動器是一種通過控制直流有刷電機的速度或方向來調節其運行的設備。它是電動機和電源之間的接口，通過調節電輸入來實現所需的電動機行為。無刷(BLDC)和步進電機的驅動器完全不同，因此今天的話題是有刷直流電動機。

　　直流電動機驅動器有多種類型，主要分為硅控整流器(SCR)和脈寬調制(PWM)驅動器兩類。

　　SCR和PWM輸出

　　SCR是一種固態設備，由陽極、陰極和柵極三部分組成。它的工作原理類似于二極管，只允許電流在一個方向(從陽極到陰極)流動，但只有在其柵極上施加觸發電壓時才導通。一旦觸發，即使移除柵極信號，它仍然保持導通狀態，直到陽極上的正電壓停止。當用于將交流電轉換為直流電時，SCR在正周期部分導通。當電壓在正周期結束時達到0時，SCR關斷。

　　觸發信號的時機決定了觸發角度，即SCR在正弦波中導通的確切點。當它導通時，電流流入電動機繞組。觸發角度還影響平均電壓和輸出速度。如果觸發早，電流流入繞組的時間更長，平均電壓更高。

　　在PWM電路中，晶體管或SCR控制電壓。當晶體管導通時，電流流過電動機。晶體管/SCR開始和停止導通的時機(稱為占空比)決定了電動機的平均電壓和速度。如果我們加寬脈沖，平均上更多電壓流入電動機，使其轉速更快。

　　直流電動機的速度控制

　　未濾波的半波SCR控制

　　未濾波的半波SCR方法是最簡單的速度控制方法，所需的外部設備最少。半波方法將單個SCR串聯連接到電動機的電樞繞組中。由于SCR是二極管，它去除了波形的負部分，電動機將僅向一個方向旋轉。雖然簡單，但這會導致電流供應不均勻，因為交流波形從0 V上升到滿(線)電壓，然后回到0 V，并在波形的負半部分通過時保持在0 V。

　　未濾波的全波SCR控制

　　全波(也稱橋式)SCR控制通過使用兩個SCR和兩個二極管，不僅通過交流波形的正半部分，而且將負半部分反轉為正電壓，從而增強了半波SCR控制。此輸出更接近直流波形，但它仍然從0伏上升和下降到滿線電壓，因此電流遠不穩定。在60 Hz的線頻下，電動機將對這些快速波動非常有彈性，因此這對于簡單且低成本的電動機驅動器來說是足夠的。

　　濾波的全波SCR控制

　　下一步的復雜性是在整流器的輸出端添加一個(通常較大的)濾波電容器。通過在交流正弦波接近滿線電壓時儲存能量，它可以在達到低電壓時逐漸釋放，從而有效地“平滑”了由交流波形的升降引起的不平穩輪廓。這種橋式整流器在幾乎所有電源中都很常見，但對于電動機控制，SCR是一個重要的區別，因為它允許電動機僅在控制器指示時接收電源。

　　脈寬調制(PWM)

　　濾波的脈寬調制控制是最復雜的方法。首先通過全波整流器將電壓從交流轉換為直流，然后SCR快速導通和關斷串聯電動機的繞組。脈沖的時機由電源電路外部的處理器控制。通過改變導通時間與關斷時間的比率，加上電動機相對較慢的響應時間，總輸出等效于可變但平滑的直流。

　　為什么高馬力驅動器使用SCR輸出?

　　由于幾個關鍵因素，SCR被用于需要高馬力(HP)的驅動器。首先，它們具有令人印象深刻的電流和電壓額定值，能夠處理數十到數百安培和數百到數千伏的電壓。這種能力適合于大型電動機或工業機械中的高功率應用。SCR在導通時還表現出低方向電壓降，從而導致最小的導通損耗。在高功率設置中減少損耗對于提高整體效率至關重要。

　　與晶體管甚至流行的場效應晶體管(FET)相比，一旦觸發，SCR將保持在導通狀態，直到電流降到某個閾值以下，確保了在停機成本高的系統中可靠運行。柵極控制機制允許以小電流進行精確和快速的觸發，非常適合需要精確控制的應用。結合高額定值、低損耗、可靠性、精確控制和快速切換，SCR在高馬力驅動器中表現出極高的適用性，強調了可靠性、效率和性能。

　　直流電動機驅動器框架：開放式與NEMA密封

　　在選擇開放式和NEMA密封電動機驅動器外殼時，應根據應用和操作環境因素來決定。

　　開放式框架

　　當您的電動機在干凈、干燥的環境中運行，且幾乎不暴露于污染物、濕氣或惡劣元素時，選擇開放式框架。

　　開放式框架的優點：

　　成本效益：由于結構更簡單，開放式框架通常比NEMA封閉式框架便宜。

　　通風充足：在冷卻不是主要問題且污染風險較低的環境中，開放式框架提供了足夠的通風以保持電動機溫度。

　　空間考慮：開放式框架的緊湊設計使其在空間有限的情況下成為理想選擇。

　　NEMA密封框架

　　在電動機面臨濕氣、污染物、高濕度或其他可能損害其性能和壽命的惡劣條件下，選擇NEMA密封框架。

　　NEMA密封框架的優點：

　　增強保護：NEMA密封框架提供了優越的防護，防止濕氣、灰塵和各種環境因素，確保電動機壽命延長和可靠運行。

　　安全合規：在要求封閉電動機以保護人員和設備的行業中，NEMA密封框架是必需的。

　　多功能性：NEMA密封框架有各種類型，針對特定環境挑戰(如TEFC、TENV、WPI、WPII)量身定制。這些框架提供了根據應用需求匹配外殼的靈活性。

　　可逆與非可逆直流電動機驅動器

　　可逆直流電動機驅動器廣泛應用于各種工業領域。它們為材料處理、輸送系統、機器人和汽車裝配提供了必要的雙向電動機操作。制造商提供了多種這些驅動器，以滿足這些應用的不同需求。

　　然而，在某些情況下，非可逆直流驅動器可能更可取或必要。當電動機僅在一個方向上運行時，如泵或風扇，非可逆驅動器通過消除可逆功能簡化了控制系統。在不需要雙向操作的應用中，成本節約也推動了對非可逆驅動器的偏好。

　　總結：交流和直流輸入的差異

　　當直流電動機驅動控制器與交流電壓輸入一起使用時，它包含一個整流電路，將交流電(AC)轉換為直流電(DC)，這是直流電動機需要的電源。這個整流器通常使用二極管或晶閘管，使電流只在一個方向流動。另一方面，如果輸入是直流電壓，控制器可以直接使用它來驅動電動機。有時，可能需要額外的組件來根據電動機的特定需求調整或穩定直流電壓。這種靈活性使控制器能在各種設置中有效使用，無論是交流電源還是直流電源。

　　直流電動機控制器的標準輸入電壓范圍廣泛，以適應不同的應用和設置。對于交流輸入，典型電壓包括12 VAC、24 VAC、120 VAC和240 VAC，涵蓋了從小型低功率設備到工業環境中使用的大型機械設備。對于直流輸入，標準電壓通常范圍從12到48 VDC。這種多樣性確保了從基本項目到復雜自動化系統的各種選項。

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