電動驅動器是一種能夠將電能轉換為機械能的系統。當然，今天的技術允許高度復雜的驅動器。

機器和設備的自主運動一直是人類的夢想——這個夢想在過去實現了，這要歸功于對機械充滿熱情的天才們對機制的發現和發明。當然，今天的技術允許在宏觀機械和微觀機械領域進行高度復雜的驅動。該驅動器廣泛用于工業和民用應用(圖 1)。它們涉及一個稱為執行器的動力器官，能夠產生機械功，由其他機械或電子設備控制。為了確保高質量的工作，擁有高質量的電動機驅動器是必不可少的。一些解決方案包括使用集電極電機、異步電機、同步電機、步進電機和磁阻電機。它們中的每一個都有特定的特征，具體取決于系統本身執行的目的。自動化領域還包括運動控制，它以受控方式研究機器運動部件中涉及的子系統。在開環系統中，控制器通過放大器向電機發送命令，但它不會意識到運動。然而，在閉環系統中，控制器接收系統測量結果以進行校正并補償任何錯誤。

電動驅動器

電動驅動器是由電動機、電源電路、命令和控制電路組成的系統，用于調節軸的扭矩、速度或位置。駕駛員可以有一個不可調節的速度，利用發動機的內在特性，以及一個可調節的速度，它允許對能源和完成的工作進行明智和經濟的管理。速度變化以不同的方式發生。

運動控制

運動控制不描述特定的機械或電子組件。相反，它代表一組單獨的組件，它們一起工作以在機器或系統中創建受控運動。

關鍵組件通常包括：

運動控制器

驅動器，目的是放大能量

致動器

控制器是一種電子設備，在控制系統中充當“大腦”。使用的控制器數量根據需要控制的單個過程的數量而有所不同。對于一個復雜的系統，可能有許多控制器。這些控制器中的每一個都可以向電機發送命令，同時從執行器本身接收指令。驅動器充當控制器和電機之間的中介。它解釋來自控制器的信號并提供正確的功率電平以轉發給電機以獲得所需的運動。運動控制系統中使用的電機可以采用多種形式并提供各種應用。它們的主要功能是接收電輸入并將其轉換為機械運動。

執行器

運動控制的最終目標是對執行器實施物理動作，該動作將以應用程序所需的術語和方式再現(圖 2)。不深入探討該主題，可以通過以下方式執行驅動器：

步進電機，其工作原理與普通電動機類似。磁鐵的內部布置允許軸單步旋轉。例如，步進電機的一整圈可以分為 360 步，每步 1 度。這樣一來，內軸的定位就極其準確和精確。

線性致動器，將旋轉運動轉換為線性運動。

伺服系統，可提供角度運動的精確控制。

智能駕駛

技術當然取得了長足的進步，這個領域也受到了很大的影響。新的尖端和強大的產品實現了以效率為目標的結果，最重要的是，安全和舒適。新技術允許快速和精確的定位，以及在智能系統網絡中同步的動態運動。此外，這些系統不是相互獨立的，而是與其他組件通信，以允許在一般系統環境中進行信號處理和集成測量。今天，可以進行非常逼真的動作，實現人與人工機器之間的完美互動。

速度設置

自動化管理中最關鍵的方面之一是能夠不斷改變執行器產生的工作的特性。一方面，這種操作看似無害且簡單;另一方面，它非常微妙，系統的特性和響應取決于它。在理想情況下，輸入能量 (Ei) 和輸出能量 (Eu) 相同。比率Eu/Ei提供了在理想情況下(零損耗)等于 1 的效率水平，但在實踐中，這是無法做到的。

表 1：電路效率表

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圖 ：改變發動機轉速的一種方式

它也可以表示為百分比。例如，假設要以最自然的解決方案降低電機的速度，您需要在線路上串聯一個電阻元件以降低傳輸電流(圖 3)。該解決方案是最糟糕的解決方案之一，因為未使用的功耗非常大。

該表也以圖形方式顯示在圖中，顯示了與通過電流的障礙物質量相關的效率下降趨勢。必須說，通過使用變阻器，您可以在降低發動機轉速時獲得非常低的扭矩。事實上，如果電阻值增加過大，電機也可能在重載下停止，如果初始負載過大甚至無法啟動。

圖：用于改變發動機速度的變阻器電路的效率圖

為了克服這個問題，可以使用齒輪和減速器來保持電機的轉數和扭矩高，并按比例減慢機械負載的速度。如果您想在不影響系統強度的情況下降低 RPM，您可以使用 PWM 控制器來改變電機上的電壓。

事實上，大多數小型直流電機都設計為在高轉速下運行。因此，對于需要低轉速的應用，PWM 通常是最佳選擇。

使用這種技術可確保最大扭矩脈沖，這使您能夠以非常低的速度驅動電機，但需要很大的力。PWM 是一種通過快速打開和關閉電子設備的電源來產生可變電壓的方法。使用 PWM，您可以設計優化電源的放大器或逆變器。平均電壓取決于信號占空比，即在單個周期內信號開啟的時間量與信號關閉的時間量的比較。開關解決方案是高能效功率放大的最佳解決方案之一，該功能可實現高功率傳輸。

圖 ：PWM 的工作原理

這種技術的效率非常高，通過查看圖 6的應用方案，可以了解各種系統之間的差異。讓我們檢查四種不同的配置，其中負載有意使用 50% 的能量供電：

在此圖中(左上角)，負載不受脈沖串的影響，而是受到固定電壓的影響，等于電源的一半。控制是通過晶體管的極化來實現的，該晶體管在線性區域中工作。散熱非常高，效率為49%。

在第二個示意圖(右上角)中，晶體管的行為類似于開關元件，由組件“基極”端子上的脈沖信號驅動。該解決方案的效率非常高，約為 85%。

第三個原理圖(左下)提供了使用普通功率 MOSFET (IRF530)。該電路的效率非常高，約為97%。

第四個原理圖(右下)使用了一種新技術，即 SiC MOSFET，作為試驗組件。效率非常高，超過99%。幾乎所有來自電源的能量都以非常低的損耗傳輸到負載。

圖 ：PWM 允許您以非常高的效率調整負載功率。

因此，PWM 不等同于向負載施加固定電壓。轉矩由平均電流決定。由于線圈電感小，小型電機的效率在相對較低的 PWM 頻率下會降低。當電感較小時，電流跟隨 PWM 信號，與電流相比增加了散熱。阻尼降低了扭矩，同時產生了更多的熱量。因此，較高的 PWM 頻率對效率更好。更大的電機具有更高的電感，即使在較低的 PWM 頻率下效率也更高。

驅動器和動力駕駛

前幾段的圖表清楚地表明，無論使用何種技術，電機(任何類型)都必須由動力裝置控制。驅動器必須提供高電流，這對于操作電機以及采用正確的命令可編程性、速度或加速度是必需的。它們的設計必須具有極高的精度和魯棒性，因為它們也可以用于工業用途。出于這個原因，它們必須受到電流保護并使用主動和被動散熱器進行冷卻。電路中使用的功率 MOSFET 必須至少能夠承受電機所需的電源電壓和最大電流。擁有超大尺寸的 MOSFET 總是更好。還使用了“預驅動器”電路，因為它們使用線性穩壓器、電荷泵和自舉電容器在內部產生柵極驅動電壓。Advanced Micro Systems (AMS) CMAX-410運動控制系統。

它提供了用于控制 4-A 步進電機運動的集成解決方案。它可以由用戶獨立編程或由中央主機控制。它通過工業連接器發送用于電機和控制的所有信號。所有運動控制系統都提供可編程電流、保持電流、微步進模式、速度、加速度等。它專門設計用于減少電氣干擾并最大限度地提高安全性。它通過了 CE 認證。

　　審核編輯：湯梓紅