做直流电机驱动电源的人很少,项目做了2年(几个项目),有兴趣可以合作
直流电机大电流启动电源设计方案
现在的开关电源向小型化,轻质化,高效率方向发展,直流电机启动电源也向这个方向发展。
直流电机的额定电流8~12A(10A),额定电压48V,正常工作时功率在500W以下,对于直流电动机的全压启动电流为电机额定工作电流(4~7)倍,电机的最大启动电流瞬时(额定输出电流7倍考虑)12A*7=84A ,(瞬时功率4080W)按瞬时85A电流考虑。
一,模拟电路变压器方案:
电机的最大启动电流瞬时(额定输出电流2倍考虑)12A*2=24A ,变压器功率考虑1000W,输出电压AC38V,根据全波整流公式V=1.4*VAC=53V,空载直流电压53V,带负载后为49V电压。直流输出电流20A。(1000W功率)
电机启动电流瞬时(输出电流7倍)12A*7=84A ,(瞬时功率4080W),由电容C1放电,变压器的电压下降,来抵消瞬时功率(电机启动的瞬时能量),电动机一旦开始运转,电枢绕组就有感应电动势产生,且转数越高,电枢反电动势就越大。随着电动机转数上升,电流迅速下降额定电流值,电压升高到额定电压。
这个电路方案的优点是特别简单,器件少,价格低,可靠性高,缺点是重量重,体积大,效率低,电压不稳压对直流电机控制器来说,控制难度加大。
反电动式抑制电路,电机控制器全部关上(K1~K4控制信号),直流电机变成发电机,D1的稳压值48V(由2只24V的稳压管串),当反电动式电压上升到54~55V门限电压,Q1导通电阻R1加输出上,R1是50Ω/50W功率电阻,IC=55V/50Ω=1.1A,有1.1A的电流持续放电,反电动式电压上不去了,抑制反电动式电压。
二,开关电源方案:
电机全压启动电流瞬时(输出电流7倍)12A*7=84A ,(瞬时功率4080W),考虑开关电源输出功率4800W,48V100A的开关电源。其中输入电容,开关管,高频变压器,输出二极管,按设计4800W考虑,散热等等电路按1000W设计考虑(现在大部分电机用的电源都是这个方案)。
在电机全压启动时,开关电源输出功率大于电机的瞬时启动功率。电机的启动完全没有问题,这个电路方案的优点是,重量较轻(变压器方案),体积较小(变压器方案),电压稳定,输出电流大,效率高,缺点是电路复杂,设计难度大,价格高。
三,开关电源加超级电容方案:
根据负载不同电流也会不同,按IF=85A电流考虑给超级电容放电(不考虑内阻),设定放电时间大于(电动机启动过程需要)100mS,电压降到额定电压的一半,根据计算超级电容的大小的公式:
C=2*T*P/(V1*V1-V2*V2)=2*0.1*48*85/(48*48-24*24)=0.47F
超级电容充电电流设定10A(不考虑内阻),
R=V/I=48/10=4.8Ω,取5Ω/50W
超级电容充电时间T=2πRC=2*3.14*5*0.47=14.5S
超级电容在充电电流I=(48-24)/5=4.8A ,电机8~12A的电流,12+4.8=16.8A,电源的电流20A,能满足电源要求。
额定电流2倍(参考变压器方案),启动电压下降到额定电压一半以上,是电机启动最低要求,根据以上要求考虑超级电容容值及电容内阻。
超级电容每只的电压2.5V,考虑25只串,电压2.5*25=62.5V,0.47*25=11.75F
取15F/2.5V用25只串,电容值为0.6F,单只内阻0.1Ω,25只串内阻2.5Ω,48V/2.5Ω最大放电电流19.2A,电容最大耐压62,5V。
在电机全压启动时,超级电容输出能量大于电机的瞬时启动能量,用超级电容电压降低,来抵消电机的瞬时启动能量。
电机的全压启动完全没有问题,这个电路方案的优点是,重量轻(开关电源方案的一半),体积小(开关电源方案的一半),电压稳定,输出电流大,价格较低,效率高,缺点是设计难度较大,超级电容温度特性也不好(-20~70℃),正常温度范围工作没有问题(-10~55℃)。
由于超级电容充电需要时间,电机启动好后超级电容在充电需要时间,所以这个方案不适合直流电机反复启动的工作模式。
四,开关电源加NTC方案:
这个方案应该来说是个失败的方案,我们只想用小功率电源来启动直流电机想法还是有借鉴作用的,我们知道NTC是负温度系数电阻,在冷态启动直流电机时,NTC相当于2.5Ω电阻,启限流作用,随作电流流过NTC,NTC发热电阻值下降(电机在运行中NTC发热状态),如果直流电机停机在启动,NTC在热状态电阻值就不是2.5Ω比2.5Ω小很多,这个时候电机启动,电源就会过流保护(电机启动失败)。这个方案需要等NTC冷下来,才能在起作用。
这个方案我们做过试验,NTC是用4只16D25并联,相当于4Ω冷态电阻,直流电机停机在启动,需要等10S的时间,恢复到相当于2.5Ω冷态电阻状态,能很好工作。
这个方案的优点是电源输出功率小,重量轻,体积小,电压稳定,价格低,效率高,缺点是没有办法量化NTC恢复时间,基本上是失败的方案。
五,开关电源加电阻限流方案:
这个方案是个比较简单方案,电源部分和限流部分可以分开设计,限流部分可以考虑直流电机控制器与电源供地,电源输出负端只接入一个10mΩ分流器,并不影响电源供地,其中K5可以是继电器,MOS管,IGBT管,R1为功率电阻2.5Ω/50W起限流作用,限流控制非常简单,检测R2上过流的电流,检测到有电流K5慢吸合(延时100mS时间),电流很小和没有电流,K5就慢断开(延时100mS时间),限流控制电路和反电动式抑制电路集合在一个小盒子里。
改变限流电阻大小,改变反电动式电路门限电压,这个电路能适应各种直流电机启动需要。
这个方案的优点是对电源要求不高(电机额定功率2倍),重量轻,体积小,电压稳定,价格低,效率高。加我QQ 77786333