直流電機(jī)的基本知識

1、直流電機(jī)的基本知識1直流電機(jī)的工作原理永磁式直流電機(jī)是應(yīng)用很廣泛的一種。只要在它上面加適當(dāng)電壓。電機(jī)就轉(zhuǎn)動。圖2.1是這種電機(jī)的符號和簡化等效電路1。工作原理圖：圖2.1直流電機(jī)的符號和等效電路這種電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、換向器(又稱整流子)、電刷等組成，定子用作產(chǎn)生磁場。轉(zhuǎn)于是在定子磁場作用下，得到轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)起來。換向器及時改變了電流方向，使轉(zhuǎn)子能連續(xù)旋 轉(zhuǎn)下去。也就是說，直流電壓加在電刷上，經(jīng)換向器加到轉(zhuǎn)子線圈，流過電流而產(chǎn)生磁場， 這磁場與定子的固定磁場作用，轉(zhuǎn)子被強迫轉(zhuǎn)動起來。當(dāng)它轉(zhuǎn)動時，由于磁場的相互作用，也將產(chǎn)生反電動勢，它的大小正比于轉(zhuǎn)子的速度，方向和所加的直流電壓相反。圖2.1(b)

2、給出了等效電路。Rw代表轉(zhuǎn)子繞組的總電阻，E代表與速度相關(guān)的反電動勢。永磁式換流器電機(jī)的特點：當(dāng)電機(jī)負(fù)載固定時，電機(jī)轉(zhuǎn)速正比于所加的電源電壓。當(dāng)電機(jī)直流電源固定時，電機(jī)的工作電流正比于轉(zhuǎn)予負(fù)載的大小。加于電機(jī)的有效電壓，等于外加直流電壓減去反電動勢。因此當(dāng)用固定電壓驅(qū)動電機(jī)時，電 機(jī)的速度趨向于自穩(wěn)定。因為負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)子有慢下來的傾向，于是反電動勢減少，而使 有效電壓增加，反過來又將使轉(zhuǎn)子有快起來的傾向，所以總的效果使速度穩(wěn)定。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時，反電動勢為零，電機(jī)電流最大。其最大值等于V/Rw(這兒V是電源電壓)。最大 電流出現(xiàn)在剛起動的條件。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向，可由電機(jī)上所加電壓的極性來控制。體積

3、小、重量輕、起動轉(zhuǎn)矩大。由于具備上述的那些特點，所以在醫(yī)療器械、小型機(jī)床、電子儀器、計算機(jī)、氣象探空 儀、探礦測井、電動工具、家用電器及電子玩具等各個方面，都得到廣泛的應(yīng)用。對這種永磁式電機(jī)的控制，主要有電機(jī)的起?？刂?、方向控制、可變速度控制和速度的 穩(wěn)定控制。2電機(jī)的起?？刂齐姍C(jī)的起?？刂疲詈唵巫钤嫉姆椒ㄊ窃陔姍C(jī)與電源之間，加一機(jī)械開關(guān)?；蛘哂?繼電器的觸點控制?，F(xiàn)在比較流行的方法，是用開關(guān)晶體管來代替機(jī)械開關(guān)，無觸點、無火花干擾，速度快。電路如圖2.2(a)所示。當(dāng)輸入端為低電平時，開關(guān)晶體管Q1截止，電機(jī)無電流而處于停止?fàn)顟B(tài)。如果輸入端為高電平時，Q1飽和導(dǎo)通，電機(jī)中有電流，因此電機(jī)

4、起動運轉(zhuǎn)。圖中二 極管D1和D2是保護(hù)二極管，防止反電動勢損壞晶體管。電容C1是消除射頻干擾而外加的。R1基極限流電阻，限制Q1的基極電流。在6V電源時，基極電流不超過52mA。在這種情況下，Q1提供電機(jī)的最大電流為1A左右。圖2.2用晶體管控制電機(jī)啟停,(b)增強靈敏度圖2.2(a)的電路，因基極電流需外部驅(qū)動電路。如果再增加一級緩沖放大，如圖2.2(b)的電路，驅(qū)動電流減少到2mA。R3限制Q1的基極電流到安全值。其他元件作用與(a)圖中相同。3電機(jī)的方向控制水磁式換流器電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，可以用改變電源極性的方法，使電機(jī)反轉(zhuǎn)。如果用正、負(fù)雙極性電源，可用一個單刀進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如圖2.3(a)所示

5、。因為電機(jī)的電流直接通過開關(guān),容易燒壞開關(guān)接點。所以可以改用功率開關(guān)晶體管來代替機(jī)械開關(guān)，就可以克服上述缺點。電路如圖2.3(b)所示。圖2.3電機(jī)方向控制電路工作原理：當(dāng)開關(guān)SW1置于 正轉(zhuǎn)”位時，Q1和Q3的基極加上偏流；Q2和Q4的偏置電路被斷開。所以Q1和Q3導(dǎo)通，Q2和Q4截止。電流從V+fQ3發(fā)射極fQ3集電極f電機(jī)正端f電機(jī)負(fù)端f地形成回路，此時電機(jī)正轉(zhuǎn)。同理，如果SW1置于 反轉(zhuǎn)位置時,Q2和Q4得到偏流而導(dǎo)通；01和Q3截止。電流從電源地端f電機(jī)負(fù)端f電機(jī)正端fQ4集電極TQ4發(fā)射極-電源負(fù)端形成回路，故電機(jī)電源與上述情況相反，因此電機(jī)反轉(zhuǎn)。而SW1置于斷時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。圖

6、2.3(b)電路中SW1要轉(zhuǎn)接正、負(fù)電源。在接口電路的應(yīng)用中，用電子開關(guān)來代替SW1就比較困難。為了克服這個缺點，可用圖2.3(c)的電路加以改進(jìn)。圖2.3(c)中的SW1就很容易用電子開關(guān)來代替。在這個電路中，SW1置于正轉(zhuǎn)”位置時，Q1和Q3導(dǎo)通，Q2和Q4截止。SW1置于反轉(zhuǎn)”位置時，Q2和Q4導(dǎo)通，Q1和Q3截止。4電機(jī)的速度控制制。圖中Q1和Q2是復(fù)合管射極跟隨器，電機(jī)的直流電壓可從0V變到12V。這種電路的特點是：在中速和高速時，速度的控制和自動調(diào)節(jié)的性能很好。但是低速和慢啟動特性比較差。用開關(guān)方式或脈寬調(diào)制，可以獲得非常好的速度控制性能。電路圖如2.5所示：圖2.4 12V DC電機(jī)速度控制圖2.5 12V直流電機(jī)開關(guān)方式速度控制圖中IC1作為50Hz的無穩(wěn)多諧振蕩器，它產(chǎn)生一個矩形波輸出，占空比可變從20比1到1比20，由RV1進(jìn)行調(diào)節(jié)。這個波形經(jīng)過Q1和Q2送到電機(jī)，電機(jī)上的電壓有效值是隨RV1的調(diào)節(jié)而變化的(總的周期是50HZ)。不過電機(jī)上所加上的電壓，是具有峰值電壓為1