電機控制電路設計的準備工作

來源：控特電機

電機，無論其類型如何，都需匹配某種類型的控制器，這些控制器的特性和復雜性可能有所不同，這主要取決于特定電機的功能。電機控制機構最簡單的例子是一個將電機與其電源相連的常規開關，此開關可以是手動控制器，也可以是連接到自動傳感器的繼電器，用于啟動和停止電機。

控制電路設計的準備

面對”對的時間”之前，還有一項“送電”的事前工作需準備，也就是需要確定驅動電路。它所擔任的角色是如何設計可控制的供電系統，它需要具以下信息，以確?？删€路板設計和散熱設計，電子元器件等硬件滿足系統需要。

供電能力大小，需與電機的規格相匹配。接收控制命令操作，需與控制器搭配。

電源傳輸效率，信號及電源可正常傳輸，不受到其他信號或電磁波干擾。系統置于操作環境下，是否可以正常運作。

安全防護能力。

有了完善的驅動電路后，才能確定“對的時間”，雖然使用時間是名詞，但其真正表示的意思為“位置”，即為電機轉子的旋轉的相對位置，或可稱為角度。

Τ=1/2π·I·L·D^2·N·Sin(δ)

以上方程式為電機轉矩公式，其中Sin(δ)表示電機的電流與磁場的夾角，當Sin(90°) =1為最大值，Sin(0°)=0為最小值，在”對的夾角位置“輸送”電流“給電機，才可達到最佳的輸出效果。

如何做到“對的時間”

要做到”對的時間”，第一關是獲得電機轉子正確的位置，即需依賴位置傳感器的運用。然而位置判斷會受到傳感器解析度、安裝位置、信號處理、資料傳輸、編程計算等產生誤差的現象，其可能原因分析如下：

分辨率度不足會導致傳感器無法直接標示出該送電的位置點，需要再經由信號處理的技巧間接求得。若具備有充分解析度的傳感器，則無須擔心安裝問題，反之若安裝位置偏差亦無法直接標示正確位置點。傳感器所提供的為電子信號，使用上是以觀察電壓位準變化來判斷位置變化，然而所有電壓位準的變化，事實上都是依賴電流傳輸來達成的。傳感器電路中，常加入電容來進行濾波及穩壓等工作，穩定電壓位準，但亦會影響電流工作時間，使電壓位準需要較長的變化時間，產生延遲的現象。經由傳感器所獲得之電子信號，需傳輸至控制器方可使用，然后，在控制電路板上會具有電容及電感元件，影響電子信號進入控制器的時間。

位置信號進入控制器后，可能還需要經過運算或是處理，或是要等其它程序先跑完等因素，導致無法立即性對位置信號做出反應。

以上列出幾項較常見之發生原因作為參考，獲得正確的位置信息后，則要送入”電流”進入電機，需注意”對的時間”是指電流進入電機運作的時間，電機可視為電感性元件，會導致電流進入電機的時間大幅延后。事實上，電機內的電感值，會受到流入電流大小及電源切換頻率(轉速)而改變，因此在不同的轉速下，電流延遲時間亦會產生變化。

另外也要注意從控制器接收位置信號，到處理完成輸出控制命令的所需時間，還有開關元件的響應時間及頻寬問題，都有可能導致送入電流的時間受到影響。

如何做到好的驅動

確保信號的傳速速率：信號的延遲已為必然的結果，但若延遲的速率為固定且已知，則可由硬體或是軟件方式去補償；由于方程式中的計算函數為Sin(δ)，故差異角度不大，則其計算值仍非常接近1，影響并不大。能有效地確保信號傳速，則需依靠電路設計之能力，包括各項電子元件的選配、電源能量配置及電路布線規劃等等。

軟件編程能力：電機驅動程式對于控制器的負擔并不大，但控制器同時需處理許多工作，因此權重、順序及注意掌握運算的時間。若選擇高階的控制器，其運算反應速度快，不需要擔心彼此拖累時間的問題。對于低階的控制器，則連程式編譯需注意，可能需要直接使用組合語言撰寫程式碼，以達到最短的程式執行時間。

電機系統整體理解性：做電機驅動仍需對電機要有深刻性的理解，目前電子電路系統大多是針對電壓信號作控制及處理，一來電流值并不大，二來考慮電流產生的損失及電磁波影響。電機系統中，電流才是轉矩力量的直接來源，觀察電流的變化重要性遠遠超過電壓。電機內的電感及產生的電磁波都遠大于電子電路系統，若考慮不適當，很有可能反灌至驅動電路中直接造成不良影響。再者，電機所處的使用環境較為嚴苛，若要將電路直接置于電機內部時，需特別注意。

結論

根據電機的應用，控制器可以提供不同的功能，它們有助于電機在低電壓條件下啟動，允許多種速度或反向控制操作，防止過電流和過載故障，并執行各種其他功能。一些復雜的電機控制裝置也有助于有效控制電機的速度和扭矩，也可能是負責電機驅動機器精確定位的閉環控制系統的一部分。