直流电动机驱动器是一种通过控制直流有刷电机的速度或方向来调节其运行的设备。它是电动机和电源之间的接口，通过调节电输入来实现所需的电动机行为。无刷(BLDC)和步进电机的驱动器完全不同，因此今天的话题是有刷直流电动机。

　　直流电动机驱动器有多种类型，主要分为硅控整流器(SCR)和脉宽调制(PWM)驱动器两类。

　　SCR和PWM输出

　　SCR是一种固态设备，由阳极、阴极和栅极三部分组成。它的工作原理类似于二极管，只允许电流在一个方向(从阳极到阴极)流动，但只有在其栅极上施加触发电压时才导通。一旦触发，即使移除栅极信号，它仍然保持导通状态，直到阳极上的正电压停止。当用于将交流电转换为直流电时，SCR在正周期部分导通。当电压在正周期结束时达到0时，SCR关断。

　　触发信号的时机决定了触发角度，即SCR在正弦波中导通的确切点。当它导通时，电流流入电动机绕组。触发角度还影响平均电压和输出速度。如果触发早，电流流入绕组的时间更长，平均电压更高。

　　在PWM电路中，晶体管或SCR控制电压。当晶体管导通时，电流流过电动机。晶体管/SCR开始和停止导通的时机(称为占空比)决定了电动机的平均电压和速度。如果我们加宽脉冲，平均上更多电压流入电动机，使其转速更快。

　　直流电动机的速度控制

　　未滤波的半波SCR控制

　　未滤波的半波SCR方法是最简单的速度控制方法，所需的外部设备最少。半波方法将单个SCR串联连接到电动机的电枢绕组中。由于SCR是二极管，它去除了波形的负部分，电动机将仅向一个方向旋转。虽然简单，但这会导致电流供应不均匀，因为交流波形从0 V上升到满(线)电压，然后回到0 V，并在波形的负半部分通过时保持在0 V。

　　未滤波的全波SCR控制

　　全波(也称桥式)SCR控制通过使用两个SCR和两个二极管，不仅通过交流波形的正半部分，而且将负半部分反转为正电压，从而增强了半波SCR控制。此输出更接近直流波形，但它仍然从0伏上升和下降到满线电压，因此电流远不稳定。在60 Hz的线频下，电动机将对这些快速波动非常有弹性，因此这对于简单且低成本的电动机驱动器来说是足够的。

　　滤波的全波SCR控制

　　下一步的复杂性是在整流器的输出端添加一个(通常较大的)滤波电容器。通过在交流正弦波接近满线电压时储存能量，它可以在达到低电压时逐渐释放，从而有效地“平滑”了由交流波形的升降引起的不平稳轮廓。这种桥式整流器在几乎所有电源中都很常见，但对于电动机控制，SCR是一个重要的区别，因为它允许电动机仅在控制器指示时接收电源。

　　脉宽调制(PWM)

　　滤波的脉宽调制控制是最复杂的方法。首先通过全波整流器将电压从交流转换为直流，然后SCR快速导通和关断串联电动机的绕组。脉冲的时机由电源电路外部的处理器控制。通过改变导通时间与关断时间的比率，加上电动机相对较慢的响应时间，总输出等效于可变但平滑的直流。

　　为什么高马力驱动器使用SCR输出?

　　由于几个关键因素，SCR被用于需要高马力(HP)的驱动器。首先，它们具有令人印象深刻的电流和电压额定值，能够处理数十到数百安培和数百到数千伏的电压。这种能力适合于大型电动机或工业机械中的高功率应用。SCR在导通时还表现出低方向电压降，从而导致最小的导通损耗。在高功率设置中减少损耗对于提高整体效率至关重要。

　　与晶体管甚至流行的场效应晶体管(FET)相比，一旦触发，SCR将保持在导通状态，直到电流降到某个阈值以下，确保了在停机成本高的系统中可靠运行。栅极控制机制允许以小电流进行精确和快速的触发，非常适合需要精确控制的应用。结合高额定值、低损耗、可靠性、精确控制和快速切换，SCR在高马力驱动器中表现出极高的适用性，强调了可靠性、效率和性能。

　　直流电动机驱动器框架：开放式与NEMA密封

　　在选择开放式和NEMA密封电动机驱动器外壳时，应根据应用和操作环境因素来决定。

　　开放式框架

　　当您的电动机在干净、干燥的环境中运行，且几乎不暴露于污染物、湿气或恶劣元素时，选择开放式框架。

　　开放式框架的优点：

　　成本效益：由于结构更简单，开放式框架通常比NEMA封闭式框架便宜。

　　通风充足：在冷却不是主要问题且污染风险较低的环境中，开放式框架提供了足够的通风以保持电动机温度。

　　空间考虑：开放式框架的紧凑设计使其在空间有限的情况下成为理想选择。

　　NEMA密封框架

　　在电动机面临湿气、污染物、高湿度或其他可能损害其性能和寿命的恶劣条件下，选择NEMA密封框架。

　　NEMA密封框架的优点：

　　增强保护：NEMA密封框架提供了优越的防护，防止湿气、灰尘和各种环境因素，确保电动机寿命延长和可靠运行。

　　安全合规：在要求封闭电动机以保护人员和设备的行业中，NEMA密封框架是必需的。

　　多功能性：NEMA密封框架有各种类型，针对特定环境挑战(如TEFC、TENV、WPI、WPII)量身定制。这些框架提供了根据应用需求匹配外壳的灵活性。

　　可逆与非可逆直流电动机驱动器

　　可逆直流电动机驱动器广泛应用于各种工业领域。它们为材料处理、输送系统、机器人和汽车装配提供了必要的双向电动机操作。制造商提供了多种这些驱动器，以满足这些应用的不同需求。

　　然而，在某些情况下，非可逆直流驱动器可能更可取或必要。当电动机仅在一个方向上运行时，如泵或风扇，非可逆驱动器通过消除可逆功能简化了控制系统。在不需要双向操作的应用中，成本节约也推动了对非可逆驱动器的偏好。

　　总结：交流和直流输入的差异

　　当直流电动机驱动控制器与交流电压输入一起使用时，它包含一个整流电路，将交流电(AC)转换为直流电(DC)，这是直流电动机需要的电源。这个整流器通常使用二极管或晶闸管，使电流只在一个方向流动。另一方面，如果输入是直流电压，控制器可以直接使用它来驱动电动机。有时，可能需要额外的组件来根据电动机的特定需求调整或稳定直流电压。这种灵活性使控制器能在各种设置中有效使用，无论是交流电源还是直流电源。

　　直流电动机控制器的标准输入电压范围广泛，以适应不同的应用和设置。对于交流输入，典型电压包括12 VAC、24 VAC、120 VAC和240 VAC，涵盖了从小型低功率设备到工业环境中使用的大型机械设备。对于直流输入，标准电压通常范围从12到48 VDC。这种多样性确保了从基本项目到复杂自动化系统的各种选项。

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