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工业电机控制系统简介

这篇工业电机控制概述着重介绍了直流电机、无刷直流电机、交流感

应电机的差异及其子系统，深入分析了电流监测与测量、温度检测子系统、

电机速度、位置、位移检测系统、多通道电流和电压监测与控制以及带有

编码器数据接口的高精度电机控制子系统。

电机消耗的能量几乎占全球电力的50%。随着能源成本的持续上涨，业

内开始采用微处理器调速驱动器替代效率低下的固定速率电机和驱动器，

这种新型电机控制技术与传统驱动器相比，能够使能耗平均降低30%以上。

虽然调速电机提高了系统本身的成本，但是，考虑到电机能够节省的能量

以及所增加的功能，只需短短几年即可挽回最初的投资成本。

直流电机、无刷直流和交流感应电机是当今工业应用设计中最常见的

电机。尽管每种类型的电机都有独特的性能，但基本工作原理类似。当一

个导体通电时，例如线圈绕组，如果导体处于一个与其垂直的外部磁场内，

导体将会受到一个与自身和外部磁场垂直的力。

1、直流电机：低成本和高精度驱动性能

直流电机是最先投入使用的电机类型，目前仍然以低开发成本和卓越

的驱动性能得到普遍应用。在最简单的直流电机中，定子(即电机固定部件)

为永久磁铁，转子(即电机的转动部件)上缠绕了电枢绕组，电枢绕组连接

到机械换向开关，该开关控制绕组电流的导通和关闭。磁铁建立的磁通量

与电枢电流相互作用，产生电磁扭矩，从而使电机做功。电机速度通过调

整电枢绕组的直流电压进行控制。

根据具体应用的不同，可以采用全桥、半桥或一个简单的降压转换器

驱动电枢绕组。这些转换器的开关通过脉宽调制(PWM)获得相应的电压。

Maxim的高边或桥式驱动器IC，例如：MAX15024/MAX15025，可以用来驱动

全桥或半桥电路的FET。

直流电机还广泛用于对速度、精度要求很高的伺服系统。为了满足速

度和精度的要求，基于微处理器的闭环控制和转子位置非常关键。Maxim的

MAX9641霍尔传感器能够用于提供转子的位置信息。

2、交流感应电机：简单、坚固耐用

交流感应电机以简单、坚固耐用而著称，被广泛用于工业领域。最简

单的交流电机就是一个变压器，原级电压连接到交流电压源，次级短路承

载感应电流。“感应”电机的名称源于“感应次级电流”。定子载有一个

三相绕组，转子设计简单，通常被称为“鼠笼”，其中，两端的铜或铝棒

通过铸铝环短路。由于没有转子绕组和碳刷，这种电机的设计非常可靠。

感应电机的转子和定子

工作在60Hz电压时，感应电机恒速运转。然而，当采用电源电路和基

于微处理器的系统时，可以控制电机