電機控制原理是電機技術領域的核心，它涉及到電機的工作原理、控制方法以及實際應用等多個方面。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電機作為能量轉換和傳遞的重要設備，其控制精度和效率直接影響到整個系統(tǒng)的性能和效率。因此，對電機控制原理的深入理解和研究具有重要的理論和實際意義。

一、電機的工作原理

電機是將電能轉換為機械能的裝置，其工作原理基于電磁感應定律和電磁力定律。電機按照其工作原理可以分為直流電機和交流電機兩大類。

1、直流電機的工作原理

直流電機是利用直流電流通過電樞線圈和磁場線圈之間的相互作用，產(chǎn)生轉矩從而實現(xiàn)機械運動的設備。其主要構造包括電樞、磁極、電刷和磁場。當直流電流通過電樞線圈時，會在電樞和磁場之間產(chǎn)生相互作用的磁場，從而產(chǎn)生轉矩使得電機開始運轉。直流電機的轉速可以通過調節(jié)電樞電壓或電樞電流來控制。

2、交流電機的工作原理

交流電機則是利用交流電流的不斷變化來產(chǎn)生旋轉磁場，從而實現(xiàn)機械運動的設備。根據(jù)旋轉磁場的產(chǎn)生原理，交流電機可以分為異步電機和同步電機兩種類型。異步電機（也稱為感應電機）的工作原理是基于電磁感應原理，當交流電流通過定子繞組時，會在定子上產(chǎn)生旋轉磁場，而轉子則由于感應效應與旋轉磁場相互作用，從而產(chǎn)生轉動力矩，驅動電機轉動。同步電機則是根據(jù)電機的速度與電源頻率之間具有固定的比例關系來工作的電機，其轉速與電源頻率嚴格同步。

二、電機控制方法

電機控制方法主要包括調速控制、起動控制和制動控制三個方面。下面將詳細介紹這些控制方法及其原理。

1、調速控制

調速控制是電機控制中最為重要和復雜的一個方面。調速控制方法有多種，包括電阻分壓調速、變頻調速和矢量控制等。電阻分壓調速是通過改變電機的電源電壓以降低電動機轉速的一種方法，這種方法簡單易行但效率較低。變頻調速則是通過改變電源提供的交流電頻率來調節(jié)電機轉速，這種方法可以實現(xiàn)較寬的調速范圍和較高的效率。矢量控制是一種更為先進的控制方法，它通過對電機的電流和磁場進行精確控制，實現(xiàn)對電機轉速和轉矩的精準調節(jié)，適用于對電機性能要求較高的場合。

2、起動控制

起動控制是電機從靜止狀態(tài)到運行狀態(tài)的過程中的控制。對于異步電機來說，由于其起動時轉矩較小，因此需要采用一些特殊的方法來實現(xiàn)順利起動。常見的起動控制方法有直接起動、降壓起動和軟起動等。直接起動雖然簡單但起動電流較大，對電網(wǎng)沖擊較大；降壓起動則是通過降低電源電壓來減小起動電流；軟起動則是利用電力電子器件來實現(xiàn)對電機起動過程的平滑控制。

3、制動控制

制動控制是電機從運行狀態(tài)到靜止狀態(tài)的過程中的控制。制動控制方法有多種，包括能耗制動、反接制動和回饋制動等。能耗制動是通過在電機定子繞組中通入直流電來產(chǎn)生制動轉矩；反接制動則是通過改變電機的電源相序來產(chǎn)生與電機旋轉方向相反的轉矩從而實現(xiàn)制動；回饋制動則是利用電機的發(fā)電特性將機械能轉換為電能并回饋到電網(wǎng)中從而實現(xiàn)制動。

三、電機控制電路圖

1、永磁電機控制電路圖

這是永磁電機控制電路的原理圖。該電路用于控制永磁控制。該電路使用交流三端雙向可控硅開關元件來增強換向特性，因為永磁電機是發(fā)電機，而標準三端雙向可控硅開關元件難以正確換向。永磁電機需要全波直流整流。

交流雙向晶閘管串聯(lián)在整流橋的交流輸入側。在電橋直流側安裝 SCR 最關鍵的部分是處理延遲開通和接近半周期結束時的定時。該電路提供寬范圍控制，因此可以在低電機時觸發(fā)交流三端雙向可控硅開關元件速度快或傳導小。交流電阻和整流器具有相似的額定電壓。所有這些都基于實際的電機負載和線電壓要求。

2、具有限流器的555 IC PWM電機控制電路圖

為了提供快速的電機速度變化和電機方向反轉，四個輸出驅動 MOSFET H 橋。 N 溝道器件是下軌功率 MOSFET，P 溝道是上軌功率 MOSFET。它們全部由 TC4469 驅動。

小串聯(lián)電阻有助于防止柵極振蕩并減慢下軌器件的轉換時間，從而幫助上器件保持關閉狀態(tài)?？梢暂p松、經(jīng)濟地添加電阻分壓器和低成本電平轉換晶體管，以維持上軌 MOSFET 的 15VDC 柵極驅動，以實現(xiàn)超過 12VDC 的電機電壓。

當電壓高于 15VDC 時，簡單的線性穩(wěn)壓器可以通過正電機電源為它們供電，因為 ICM7555 和 TC4469 需要的電流可以忽略不計。為了幫助保護柵極免受電源瞬變的影響，我們可以使用齊納二極管。當同一橋臂中的下部 MOSFET“導通”時，會產(chǎn)生高 dV/dT，柵極至源極電容器有助于使上部 MOSFET 保持“關閉”狀態(tài)。解決這種情況的另一種方法是在“OFF”狀態(tài)下保持上部 MOSFET 柵極驅動阻抗較低。

H 橋接地腳中的檢測電阻提供了一種簡單的方法，可以逐個脈沖地檢測電機電流，無論電機正向或反向旋轉。為了在電機電流超過允許值時抑制 PWM 生成，該信號經(jīng)過過濾并施加到 ICM7555。

3、步進電機控制電路圖

步進電機提供簡單、低成本且精確的位置控制。步進電機可由安裝在電機附近的電路驅動，并通過長電纜由遠程控制電路控制。該電路的有趣之處在于，電機和驅動器電路的電源都是通過兩條電線傳輸?shù)?，這兩條電線也傳輸控制信號。

LMC555 CMOS定時器集成電路(IC1)產(chǎn)生200微秒脈沖來步進電機并控制其速度。通過改變該脈沖的頻率可以改變電機的速度，為此目的提供了R1可變電阻。在 IC1（引腳 3）的輸出端，負向時鐘脈沖驅動 IRL530N (Q1) 功率 FET 的柵極，該柵極會立即關閉并將驅動板與地斷開。這種電源中斷會向電機驅動器發(fā)送信號以使電機步進。旋轉方向由通過互連線L1和L2施加到驅動電路的電壓的極性來控制。

MPSA05雙極NPN晶體管Q2和MPSA55 PNP晶體管Q3和Q4反轉來自引腳3的脈沖，在Q1關斷時將Q1的漏極拉高。撥動開關S1通過切換極性來設置其方向。按鈕 S2 通過打開和關閉時鐘來啟動和停止電機。

4、具有正向、反向和制動操作的PWM電機控制電路圖

該 PWM 電機控制電路為直流電機提供多種控制。您可以控制直流電機正轉、反轉或制動直至停止。

該電路使用MOSFETS橋來驅動電機，由一些邏輯門和小型雙極晶體管控制。電機電壓可為 10-20 伏，電流最大應為 8 安培。 MOSFET 應安裝適當?shù)纳崞鳌?V+ 輸入應由直流電機的工作電壓（10-20 伏）供電。盡管 MOSFET 設計用于 100 伏工作電壓，但您只能使用 20 伏的最大電壓，因為該電壓還用于驅動柵極，通常限制為 20 伏。該電源電壓的最小值為 10 伏，因為如果電壓低于 10 伏，門將不會完全打開。您可以為此應用選擇多種類型的 10-20 伏直流電機。