直流电机的基本方程式
一．直流发电机的基本方程式
以并励机为例：
（一）.电压平衡方程
直流发电机发出的电势E a产生电流I a，I a在电枢回路
总电阻R a（包括电枢绕组电阻及两个电刷的接触电阻）上
产生压降I a R a，则输出电压U＝E a－I a R a，可见发电机E a>U。
电路如图：
（二）.转矩平衡方程式
直流发电机是把机械能转变为电能，因此由原动机输入的机械转矩T1是驱动转矩；电磁转矩T是制动转矩；即使电机空转也存在的、对应电机机械摩擦、铁损耗等的空载转矩T0一定是阻转矩，当驱动＝制动时，电机恒速旋转。因此发电机稳定运行时的转矩平衡方程为：T1=T+ T0
（三）功率平衡方程式
其功率流程图如图：
从原动机输入机械功率P1，扣除了机械方面的损耗p
机
，就是机转变为电的部分称为电磁
功率P M，再扣除了电方面的损耗p
电
，就是输出的电功率P2＝UI，对并励发电机
I＝I a－I f。额定时的P2就是P N=U N I N。
其中：p
机是机械方面的损耗，它也是电机空载运行时就存在的损耗，故称空载损耗
p，
它包括了机械摩擦损耗
m
p、铁耗Fe p、附加损耗ad p（≈0.01~0.05P N），即:
p 机＝0p ＝m p ＋Fe p ＋ad p ；
p 电是电方面的损耗称为铜耗，它包括了电枢回路铜耗cua p ＝2
a
I R a 和励磁回路铜耗 cuf p ＝UI 2
f
U R ＝2f I ＝f R ，即p 电＝cua p ＋cuf p 由功率流程图可列功率平衡方程：
机械方面：10M P P p =+；电方面：2M cua P
P p =-－cuf p ； 把机械方面的功率平衡方程两边除以Ω，就得到了转矩平衡方程。其中：T 1＝1
P Ω
；T 0＝
0P Ω；T ＝M P
Ω
。可见电磁功率M P ＝T Ω——这是用机械量表示的电磁功率。 把电压平衡方程U ＝E a －I a R a 的两边乘以I a ：UI a = E a I a －2a I R a ∵I a ＝I ＋I f ，则：UI a = U(I+I f )= E a I a －2a I R a ， ∴UI= E a I a －2a I R a －UI f ＝E a I a －cua p －cuf p
其中：UI 就是P 2；对比电方面的功率平衡方程可知：E a I a 就是电磁功率P M 。 P M ＝E a I a ——这是用电量表示的电磁功率。
那么，E a I a 是否等于T Ω呢？据Ω＝
260
n
π，则： M P ＝T Ω＝T C a
I φ260n π＝2pN a πa I φ260
n π＝60pN a a I φn =e C φn a I =a E a I 由此可得结论：
1）从机械方面的功率平衡方程除以Ω可得到转矩平衡方程；从电方面的功率平衡方程除以I a 可得到电势平衡方程。
2）由于电磁功率M P 是从机转变到电的那部分功率，因此它必然既可以用机械量T Ω表示，也可以用电量a E a I 表示。 三．直流电动机的基本方程式 同样以并励机为例： （一）.电压平衡方程
电网电压U 产生电流I ，因为并励，I ＝I a ＋I f ，I a 在磁场中 受电磁力作用使电机旋转，电枢导体切割磁力线感生反电势 E a ，I a 在电枢回路总电阻R a （包括电枢绕组电阻及两个电刷的 接触电阻）上产生压降I a R a ，因此：E a ＝U －I a R a ，电路如图： （二）.转矩平衡方程式
电动机是把电能转变为机械能，因此所有电动机的电磁转矩T 都是驱动转矩；输出的机械转矩T 2一定是制动转矩；即使电机空转也存在的、对应电机机械摩擦、铁损耗等的空载转矩T 0一定是阻转矩。因此电动机稳定运行时的转矩平衡方程一定为：T = T 2+ T 0。 （三）功率平衡方程式
电动机是把电能转变为机械能，其功率流程图如图：
从直流电网输入电功率P 1＝UI ，扣除了电方面的损耗p 电，就是电转变为机的部分，称为电磁功率P M ，再扣除了机械方面的损耗p 机，就是输出的机械功率P 2，额定时的P 2就是P N 。
其中：p 机是机械方面的损耗，是电机空转时就存在的损耗，故称空载损耗0p ，与直流发电机一样0p ＝m p ＋Fe p ＋ad p ；电方面的损耗称为铜耗，也与直流发电机一样，
p 电＝cua p ＋cuf p 。
可见直流电动机功率流程图的功率传递方向刚好与发电机相反。
同样由功率流程图可列电方面和机械方面的功率平衡方程： 电方面：1M cua cuf P P p p =＋＋；机械方面：20M P
P p =+； 把机械方面的功率平衡方程两边除以Ω，就得到了转矩平衡方程。其中：T 2＝
2
P Ω
；
T 0＝
0P Ω；T ＝M P
Ω
与发电机一样。 据电方面的功率平衡方程：UI=E a I a ＋2a I R a ＋UI f 移项：U(I －I f )= UI a = E a I a ＋2a I R a 方程两边除以I a ，就得到了电势平衡方程： U ＝E a ＋I a R a 。可见电动机U> E a 。 四．直流电机的可逆性
从直流电机工作原理和结构已知：一台直流电机可作发电机运行、也可作电动机运行，只是能量的传递方向不同，称为电机的可逆性原理。
在讨论感应电势和电磁转矩时也讲过：发电机E a >U ；E a 与I a 同向；T 与n 反向 电动机E a
设一台他励（Φ不变）直流发电机由原动机拖动以速度n 旋转，向直流电网供电，电网电压U 是不变的。发电机E a ＝U ＋I a R a ，E a >U ，电流I a 与E a 同向，T 与n 反向。 若把原动机的转速下降，据E a ＝e C φn 可知， E a ↓，U 不变故I a ↓，当I a ↓＝0发电机空载运行。若继续把原动机转速下降，则E a ↓U ，E a ＝U ＋I a R a →I a 与E a 同向、T 与n 反向 降低n →E a ↓→U 不变，I a ↓→至I a ＝0，E a ＝U 发电机空载
继续降低n →E a 直流电机的基本方程式
直流电机的基本方程式 一．直流发电机的基本方程式 以并励机为例： （一）.电压平衡方程 直流发电机发出的电势E a产生电流I a，I a在电枢回路 总电阻R a（包括电枢绕组电阻及两个电刷的接触电阻）上 产生压降I a R a，则输出电压U＝E a－I a R a，可见发电机E a>U。 电路如图： （二）.转矩平衡方程式 直流发电机是把机械能转变为电能，因此由原动机输入的机械转矩T1是驱动转矩；电磁转矩T是制动转矩；即使电机空转也存在的、对应电机机械摩擦、铁损耗等的空载转矩T0一定是阻转矩，当驱动＝制动时，电机恒速旋转。因此发电机稳定运行时的转矩平衡方程为：T1=T+ T0 （三）功率平衡方程式 其功率流程图如图： 从原动机输入机械功率P1，扣除了机械方面的损耗p 机 ，就是机转变为电的部分称为电磁 功率P M，再扣除了电方面的损耗p 电 ，就是输出的电功率P2＝UI，对并励发电机 I＝I a－I f。额定时的P2就是P N=U N I N。 其中：p 机是机械方面的损耗，它也是电机空载运行时就存在的损耗，故称空载损耗 p， 它包括了机械摩擦损耗 m p、铁耗Fe p、附加损耗ad p（≈0.01~0.05P N），即:
p 机＝0p ＝m p ＋Fe p ＋ad p ； p 电是电方面的损耗称为铜耗，它包括了电枢回路铜耗cua p ＝2a I R a 和励磁回路铜耗 cuf p ＝UI 2f U R ＝2f I ＝f R ，即p 电＝cua p ＋cuf p 由功率流程图可列功率平衡方程： 机械方面：10M P P p =+；电方面：2M cua P P p =-－cuf p ； 把机械方面的功率平衡方程两边除以Ω，就得到了转矩平衡方程。其中：T 1＝1 P Ω ；T 0＝ 0P Ω；T ＝M P Ω 。可见电磁功率M P ＝T Ω——这是用机械量表示的电磁功率。 把电压平衡方程U ＝E a －I a R a 的两边乘以I a ：UI a = E a I a －2a I R a ∵I a ＝I ＋I f ，则：UI a = U(I+I f )= E a I a －2a I R a ， ∴UI= E a I a －2a I R a －UI f ＝E a I a －cua p －cuf p 其中：UI 就是P 2；对比电方面的功率平衡方程可知：E a I a 就是电磁功率P M 。 P M ＝E a I a ——这是用电量表示的电磁功率。 那么，E a I a 是否等于T Ω呢？据Ω＝ 260 n π，则： M P ＝T Ω＝T C a I φ260n π＝2pN a πa I φ260 n π＝60pN a a I φn =e C φn a I =a E a I 由此可得结论： 1）从机械方面的功率平衡方程除以Ω可得到转矩平衡方程；从电方面的功率平衡方程除以I a 可得到电势平衡方程。 2）由于电磁功率M P 是从机转变到电的那部分功率，因此它必然既可以用机械量T Ω表示，也可以用电量a E a I 表示。 三．直流电动机的基本方程式 同样以并励机为例： （一）.电压平衡方程
电动机基本知识 电动机通常简称为电机，俗称马达，在电路中用字母“M”（旧标准用“D”）表示。它的作用就是将电能转换为机械能。 1、按工作电源分类 根据工作电源的不同，电动机可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机根据电源相数分为单相电动机和三相电动机。直流电动机又分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 2、按结构和工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为同步电动机和异步电动机两种。同步电动机又分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机 3 种。异步电动机又分为感应电动机和交流换向器电动机两种。感应电动机又分为单相异步电动机、三相异步电动机和罩极异步电动机3 种。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机 3 种。 3、按启动与运行方式分类 电动机按启动与运行方式可分为电容启动式电动机、电容启动运转式电动机和分相式电动机。
4、按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、复读机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀、电动自行车、电动玩具等）用电动机、其他通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 5、按转子的结构分类 电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（早期称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（早期称为绕线型异步电动机）。 6、按运转速度分类 电动机按运转速度可分为低速电动机、高速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。调速电动机除可分为有极恒速电动机、无极恒速电动机、有极变速电动机和无极变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM 变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。 7、按防护形式分类
关于直流电机及控制系统的基本知识 6、直流电机的四象限运行： 直流电机与交流电机一样，也有两种运行方式：电动运行和制动运行。如果再以正、反转来分的话，则分为正转运行、正转制动运行和反转运行、反转制动运行四种运行方式。如果以坐标形式来表示的话，则称为电机的四象限运行坐标，见下图4-5各种运行方式的机械特性曲线。 当电机正向运行时，其机械特性是一条横跨1、2、4象限的直线。其中1象限为电动运行状态，电磁转矩方向与旋转方向相同，第2、4象限为制动运行状态，在此状态内是产生一个与转向方向相反的阻力矩，以使拖动系统迅速停车或限制转速的升高。制动状态下转矩的方向与转速的方向相反，此时电机从轴上吸收机械能并转化为电能消耗于电枢回路电路或回馈于电源。第3象限为反向电动运行。
当电磁转矩T M与转速n同方向，T M是拖动负载运动的，所以电机运行曲线处于1、3象限，1象限为电机正向运行，3象限为电机反向运行；当T M与转速n的方向相反时，表示电机机处于制动运行方式，其机械特性曲线在坐标的2、4象限内，2象限内为电机正向制动，包含能耗制动过程（O A线段）、电源反接制动过程（-T M B线段）和正向回馈制动过程（-n0C）线段；处于第四象限时为电机反向制动，也包含能耗制动过程（O D线段）、倒拉反接制动过程（T M E线段）和反向回馈过程（-n0F线段）。 7、直流电机的启动、停止和制动控制： 直流电机从接入电源开始，电枢由静止开始转动到额定转速的过程，称为启动过程。要求启动时间短、启动转矩大、启动电流小。启动的要求是矛盾的，比如，用逐渐提升供电电压实施软起动，来降低起动电流，但启动时间又会加长；加大启动转矩，又势必增大的启动电流等。因而要根据实际应用和配置情况，对启动问题综合考虑。 1）启动方式： a、直接启动。只适用于小型直流电机。启动方法是先给电机加励磁，并调节励磁电流达到最大，当励磁磁场建立后，再使电枢绕组直接加上额定电压，电机开始启动。在启动过程中，电枢中最大冲击电流，称为启动电流。直流启动，因启动电流大，电气和机械冲击大等缺点，应用较少； b、早期采用变阻器启动，电动机在启动时在电枢回路中串入变阻器，用接触器触点切换电阻只数，限制启动电流。将启动电流限制在2位额定电流以内。后期采用晶闸管电子电力技术，用改变电枢电压的方式实现了软起动。 2）停止方式： a、自由停车。直流电机的电源关断后，电机按运转惯性自由停车； b、施加制动（刹车）措施，如机械抱闸刹车、能耗制动、反接制动等使其快速停车。 3）直流电机的制动方式和方法： 电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反时，就称为电动机处于制动状态。 制动的目的：使电动机减速或停车、限制电动机转速的升高（如电车下坡）。 机械抱闸制动也是一种制动（刹车）方式，但不属电机运行特性的范畴。属于电机运行特性的制动方式和方法有以下四种，有时也统称为电磁制动方式。 a、能耗制动。指运行中的直流电机突然断开电枢电源，然后在电枢回路串 入制动电阻，使电枢绕组的惯性能量消耗在电阻上，使电机快速制动。由于电压和输入功率都为0，所以制动平衡，线路简单；
电机的基础知识探讨分析 电机定义：是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。 电动机也称电机（俗称马达），在电路中用字母“M”（旧标准用“D”）表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。 电动机的种类 1．按工作电源分根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 2．按结构及工作原理分根据电动机按结构及工作原理的不同，可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。 同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。 异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 3．按起动与运行方式分类根据电动机按起动与运行方式不同，可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 4．按用途分类可分为驱动用电动机和控制用电动机。 驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。 控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 5．按转子的结构分类根据电动机按转子的结构不同，可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。 6．按运转速度分类根据电动机按运转速度不同，可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。
直流电机转速控制公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
直流电机转速控制 课程设计 姓名： 学号： 班级：
目录 1．直流电机转速控制方案设计 (2) 设计要求 (2) 设计框图 (2) 2．直流电机转速控制硬件设计 (3) 主要器件功能 (3) 硬件原理图 (6) 3．直流电机转速控制软件设计 (7) 4．调试 (8) 硬件测试 (8) 软件调试……………………………………………………………(11
1．直流电机转速控制方案设计 设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制，完成直流电机转向和转速的控制，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1、用按键1控制旋转方向，实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示：
图1 2．直流电机转速控制硬件设计 主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路，属于H 桥集成电路，与L293D 的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效，这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端，EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源，注意正负，电源正端为VCC，电源地为GND。 2、ZLG7290的核心是一块ZLG7290B芯片，它采用I2C接口，能直接驱动8位共阴式数码管，同时可扫描管理多达64只按键，实现人机对话的功能资源十分丰富。除具有自动消除抖动功能外，它还具有段闪烁、段点亮、段熄灭、功
编号： 单片机 实训 (论文)说明书 题目：直流电机控制 院（系）： 专业： 学生姓名： 学号： 指导教师： 2012 年12月27 日
目录 0.前言 (3) 1.用单片机控制直流电机转速的基本理论 (3) 1.1 直流电机调速原理 (3) 1.2 PWM基本原理及设计方案 (4) 2.硬件电路的设计 (5) 2.1 系统分析与硬件设计模块 (5) 2.2 设计该系统所需部分器件 (7) 2.3 直流电机的功能简介 (7) 2.4 直流电机调速控制系统模块 (7) 2.5 显示设计模块 (8) 2.6电机驱动设计模块 3.系统软件的设计 (11) 4.系统调试和结果分析 (13) 4.1仿真图形 (13) 5.结论和总结 (15) 参考文献 (15) 附录........................................... 错误！未定义书签。
摘要：本文介绍了基于单片机的直流电机PWM 调速的基本方法，直流电机调速的相关知识以及PWM 调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于MCS-51单片机的用软件生产PWM 信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一个有效的途径。 本次实训设计主要任务是以四位共阳数码管显示电机速度，它能间接直观的观察到电机速度的变化，用独立键盘来手动控制电机的转速，其中控制核心部分是单片机，单片机输出微弱的电流信号经过L298N 驱动芯片放大从而使电机满足转速的要求。 关键字：四位共阳数码管；STC89C52单片机；PWM ；直流电机调速 0.前言 随着社会的发展，各种智能化的产品日益走入寻常百姓家。为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机应用相当广泛。对直流电机的速度调节，我们可以采用多种办法，本文在给出直流电机调整和PWM 实现方法的基础上，提供一种用单片机软件实现PWM 调速的方法。对基于MCS-51系列单片机实现直流电机调速系统进行研究和设计，能够在不同的按钮作用下分别实现直流电机的停止、加速、减速、正转、反转控制；能够实现基于MCS-51系列单片机的直流电机PWM 的调速设计。 本文研究的是基于MCS-51系列单片机的直流电机PWM 调速系统属于微机控制领域，通过对单片机的学习和研究对自己以后从事硬件产品的开发有一定的实际指导意义。 1.用单片机控制直流电机转速的基本理论 1.1 直流电机调速原理 根据励磁方式不同，直流电机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电机机械特性曲线有所不同。对于直流电机来说，人为机械特性方程式为： 2 N ad a e N e t N U R R n T n n K K K φφ+= -=-? （ 1-1） 式中N U ,N φ—— 额定电枢电压、额定磁通量； e K ,t K －－与电机有关的常数；
专业资料 电机简要学习手册 2015-2-3
一、直流电机原理与控制方法 1直流电机简介 直流电机（DM）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能 （直流发电机）的旋转电机。 它是能实现直流电能和机械 能互相转换的电机。当它作电 动机运行时是直流电动机，将 电能转换为机械能；作发电机 运行时是直流发电机，将机械 能转换为电能。 直流电机由转子（电枢）、定子（励磁绕组或者永磁体）、换向器、电刷等部分构成，以其良好的调速性能以至于在矢量控制出现以前基本占据了电机控制领域的整座江山。但随着交流电机控制技术的发展，直流电机的弊端也逐渐显现，在很多领域都逐渐被交流电机所取代。但如今直流电机仍然占据着不可忽视的地位，广泛用于对调速要求较高的生产机械上，如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械，龙门刨床等等，所以对直流电机的了解和研究仍然意义重大。 2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构
如下图，是直流电机结构图，电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用，产生转矩。定子按照励磁可分为直励，他励，复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角，称为电枢反应，通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理 如图所示给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和 cd收到电磁力的作用， 其方向可由左手定则判 定，两段导体受到的力 形成了一个转矩，使得 转子逆时针转动。如果 转子转到如上图（b）所 示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。 此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定
直流电机参数
一、概述 1.Z2系列小型直流电机为中华人民共和国机械工业部JB1104-68部颁标准所规定的标准系列小型直流电机。 2.Z2系列小型直流电机共分11个机座号，每个机座号有两种铁心长度，制造有直流电动机、直流发电机、直流调压发电机三种，适用于一般正常的工作环境。电动机作一般传动用，发电机作为一般直流电源用，调压发电机作蓄电池组充电用。 3.励磁方式：电动机为带有少量稳定绕组的并激或他激励磁。 发电机为复激或他激励磁（额定电压为230伏的发电机），调压发电机为并激励磁（不带串激绕组）。 电机的他激励磁电压制成有110伏或220伏二种。 电动机额定电压110伏的仅有他励电压110伏一种。 4.Z2系列电机根据使用要求可制成湿热地区使用的具有防潮、防霉、防盐雾性能的湿热带型（TH）直流电机。 5.型号含义：Z表示“直”流，2表示第二次全国定型设计，横线后数字表示机座号与铁心长短，例如Z2-11前一个1代表1号机座，后一个1代表短铁心，而Z2-112中11代表11号机座，2代表长铁心。 二、结构型式 1.直流发电机或直流调压发电机仅制造卧式，机座带底脚的一种。 2.直流电动机可制成下表所示的结构型式。 三、Z2系列电动机 1.电动机可用三角皮带、正齿轮或弹性联轴器进行传动，不使电机轴承受轴向推力。 2.电动机可在正转或逆转情况下正常工作。 四、Z2系列发电机及调压发电机 1.Z2系列发电机及调压发电机的旋转方向自换向器端看去为顺时针方向，根据使用要求亦可制成逆时针方向旋转的发电机或调压发电机。 2.Z2系列发电机及调压发电机根据订货要求可制成与Y系列三相异步电动机配套成的发电机组成套供应。 3.调压发电机的额定功率为平均电压（对110/160伏的为135伏，对220/320伏的为270伏）时的功率，当电压高于平均电压时其输出功率不大于额定功率，当电压低于平均电压时其输出电流不大于额定电流。 五、订货须知 订货时须注明电机的型号及具体规格（包括励磁方式、旋转方向、出线盒位置、是否双轴伸、结构型式等），例如Z2-62 13千瓦220伏1500转/分他激电动机，他励电压220伏，卧式机座带底脚，端盖有凸缘。 配套的异步电动机、变阻器等附件，电刷、刷握等备件的供应，或有特殊要求（如供湿热带地
直流电机控制电路 永磁式换向器直流电机，是应用很广泛的一种。只要在它上面加适当电压。电机就转动。图9是这种电机的符号和简化等效电路。 工作原理 这种电机由定子、转子、换向器(又称整流子)、电刷等组成，定子用作产生磁场。转于是在定子磁场作用下，得到转矩而旋转起来。换向器及时改变了电流方向，使转子能连续旋转下去。也就是说，直流电压加在电刷上，经换向器加到转子线圈，流过电流而产生磁场，这磁场与定子的固定磁场作用，转子被强迫转动起来。当它转动时，由于磁场的相互作用，也将产生反电动势，它的大小正比于转子的速度，方向和所加的直流电压相反。图9(b)给出了等效电路。Rw代表转子绕组的总电阻，E代表与速度相关的反电动势。 永磁式换流器电机的特点 ·当电机负载固定时，电机转速正比于所加的电源电压。 ·当电机直流电源固定时，电机的工作电流正比于转予负载的大小。 ·加于电机的有效电压，等于外加直流电压减去反电动势。因此当用固定电压驱动电机时，电机的速度趋向于自稳定。因为负载增加时，转子有慢下来的倾向，于是反电动势减少，而使有效电压增加，反过来又将使转子有快起来的倾向，所以总的效果使速度稳定。 ·当转子静止时，反电动势为零，电机电流最大。其最大值等于V／Rw(这儿V是电源电压)。最大·电流出现在刚起动的条件。 ·转子转动的方向，可由电机上所加电压的极性来控制。 ·体积小，重量轻。起动转矩大。 由于具备上述的那些特点，所以在医疗器械、小型机床、电子仪器、计算机、气象探空仪、探矿测井、电动工具、家用电器及电子玩具等各个方面，都得到广泛的应用。 对这种永磁式电机的控制，主要有电机的起停控制、方向控制、可变速度控制和速度的稳定控制。 1、电机的起／停控制 电机的起／停控制，最简单最原始的方法是在电机与电源之间，加一机械开关。或者用继电器的触点控制。大家都比较熟悉，故不举例。 现在比较流行的方法，是用开关晶体管来代替机械开关，无触点、无火花干扰，速度快。电路如图10(a)所示。当输入端为低电平时，开关晶体管Q1截止，电机无电流而处于停止状态。如果输入端为高电平时，Q1饱和导通，电机中有电流，因此电机起动运转。图中二极管D1和D2是保护二极管，防止反电动势损
可以实现的功能是： 按下左转键则开始向左转动 按下右转键则向右转动 按下停止键则开始逐渐停止转动 按下调速键一次则会加速一档 按下调速键二次则会加速二档 按下调速键三次则会加速三档 按下调速键四次则会加速四档 按下调速键五次则会回到最初速度重新记档位 设计思路： 直流电机只要能提供一定的直流就可以转动，改变电压极性可以改变转动方向，可以通过给直流电机提供脉冲信号来驱动它，脉冲信号的占空比可以影响到直流电机的平均速度，因此可以通过调整占空比从而能实现调速的目的。直流电机的驱动电路要有过流保护作用，图中的二极管就直到这个作用，另外电机的驱动电流是比较大的所以需要用三极管来放大电流。程序的关键就是如何实现占空比的调整，这个可以通过对51单片机定时器重装初值进行改变，从而改变时间。用51实现PWM信号的输出，相对麻烦点，要是AVR就可以方便地实现PWM信号，由见51单片机的局限性与AVR单片机的优势。 原理图
详细程序： #include
直流电机的基本知识 1 直流电机的工作原理 永磁式直流电机是应用很广泛的一种。只要在它上面加适当电压。电机就转动。图是这种电机的符号和简化等效电路[1]。 工作原理图： 图直流电机的符号和等效电路 这种电机由定子、转子、换向器(又称整流子)、电刷等组成，定子用作产生磁场。转于是在定子磁场作用下，得到转矩而旋转起来。换向器及时改变了电流方向，使转子能连续旋转下去。也就是说，直流电压加在电刷上，经换向器加到转子线圈，流过电流而产生磁场，这磁场与定子的固定磁场作用，转子被强迫转动起来。当它转动时，由于磁场的相互作用，也将产生反电动势，它的大小正比于转子的速度，方向和所加的直流电压相反。图给出了等效电路。Rw代表转子绕组的总电阻，E代表与速度相关的反电动势。 永磁式换流器电机的特点： 当电机负载固定时，电机转速正比于所加的电源电压。 当电机直流电源固定时，电机的工作电流正比于转予负载的大小。 加于电机的有效电压，等于外加直流电压减去反电动势。因此当用固定电压驱动电机时，电机的速度趋向于自稳定。因为负载增加时，转子有慢下来的倾向，于是反电动势减少，而使有效电压增加，反过来又将使转子有快起来的倾向，所以总的效果使速度稳定。 当转子静止时，反电动势为零，电机电流最大。其最大值等于V／Rw(这儿V是电源电压)。最大·电流出现在刚起动的条件。 转子转动的方向，可由电机上所加电压的极性来控制。 体积小、重量轻、起动转矩大。 由于具备上述的那些特点，所以在医疗器械、小型机床、电子仪器、计算机、气象探空仪、探矿测井、电动工具、家用电器及电子玩具等各个方面，都得到广泛的应用。 对这种永磁式电机的控制，主要有电机的起停控制、方向控制、可变速度控制和速度的稳定控制。
一、直流电机的基本方程式： (电系统的电势平衡方程式，机械系统的转矩平衡方程式，能量系统的功率平衡方程式。) 1、电动势平衡方程式： A、不计磁路饱和效应，并励电动机电枢回路和励磁回路的电势方程式： B、并励发电机电势方程式： 发电机的大于。 2、转矩平衡方程式： 3、功率方程式： A、直流电机中的损耗、效率： 损耗有三类: 消耗于导体电阻中。 消耗于摩擦损耗、通风和机械损耗。 消耗于铁心中的损耗。 铁耗：由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内交变而引起的。 铜耗： 电枢回路铜耗 励磁回路铜耗 电刷接触铜耗，为一对电刷总接触电压降。机械损耗：包 括轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗、定转子和空气的摩擦损耗。附加损耗：电枢齿、槽存在，使气隙磁通产生脉动，电枢反应使磁场畸变引起的铁耗。换向电流引起的损耗。 按额定容量的1%计算，无补偿绕组按额定容量的0.5%计算，有补偿绕组在以上损耗中，，随负载变化而变化，称为可变损耗;，，为不变损耗。
电机的效率： 当不变损耗=可变损耗时，取得最大，是的二次曲线。 B、并励电动机的功率方程式： C、并励发电机的功率方程式： 一、直流电动机的工作特性： 直流电动机的运行特性有：工作特性，起动，调速。工作特性是选用直流电动机的一个重要依据。当端电压为额电压，电枢回路无外串电阻，励磁电流为额定励磁电流时，电机转速，电磁转矩，和效率与输出功率之间的关系。 即：，实际运行中，可测，且随增大而增大，所以，工作特性可表示为： 1、并励直流电动机的工作特性： A、转速特性： 其中，为理想空载转速。转速特性为一斜率为的直线。 当电机磁路饱和时，随着的增大，增大，电枢反应的去磁作用使增大，直线上翘。为保证电机稳定运行,采取措施使特性略为下降。 B、转矩特性： ，不计去磁，特性为一过原点的直线。当考虑电枢反应时，实际曲线偏离直线，仍接近于一条直线。 C、效率特性：
电机简要学习手册 2015-2-3
一、直流电机原理与控制方法 1直流电机简介 直流电机（DM）是指能将 直流电能转换成机械能（直流 电动机）或将机械能转换成直 流电能（直流发电机）的旋转 电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。 直流电机由转子（电枢）、定子（励磁绕组或者永磁体）、换向器、电刷等部分构成，以其良好的调速性能以至于在矢量控制出现以前基本占据了电机控制领域的整座江山。但随着交流电机控制技术的发展，直流电机的弊端也逐渐显现，在很多领域都逐渐被交流电机所取代。但如今直流电机仍然占据着不可忽视的地位，广泛用于对调速要求较高的生产机械上，如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械，龙门刨床等等，所以对直流电机的了解和研究仍然意义重大。
2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构 如下图，是直流电机结构图，电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用，产生转矩。定子按照励磁可分为直励，他励，复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角，称为电枢反应，通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理 如图所示给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和 cd收到电磁力的作用， 其方向可由左手定则判 定，两段导体受到的力 形成了一个转矩，使得 转子逆时针转动。如果 转子转到如上图（b）所
示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。 此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。 发电机的原理则是电机的逆过程：原动机提供转矩，利用法拉第电磁感应产生直流电流。 如下图，比较清晰的说明了直流电动机的原理。 3直流电机重要特性 如下图，更加清晰的揭示了直流电机电流电压与转速转矩之间的关系。 我们可以得到直流电机的四个基本方程：
直流电机的三种控制方法讨论 比较了三种跟踪定位点命令及减小负载扰动敏感性的技术。 ?前馈控制 ?积分反馈控制 ?LQR最优二次型算法控制 一、问题描述 在电枢控制的直流电动机中，外加电压Va控制电机转轴的转角速度。如图1所示 图1 带负载电机工作示意图 图1中显示了两种减小角速度对负载变化（改变电机负载的反向转矩）敏感性的方法。 图2所示的是一个简单的直流电机模型，转矩Td作为电机的负载扰动。在该扰动下，必须使转速的变化减到最小。 图2 带负载电机结构模型
模型参数入下所示： R = 2.0; % Ohms L = 0.5; % Henrys Km = 0.1; Kb = 0.1; % torque and back emf constants转矩和反电势常数 Kf = 0.2; % Nms 粘滞摩擦系数 J = 0.02; % kg.m^2/s^2 转动惯量 首先构造一个直流电机的状态空间模型，有两个输入（Va，Td）和一个输出（w）： h1 = tf(Km,[L R]); % armature电枢传递函数 h2 = tf(1,[J Kf]); % eqn of motion 转动负载的传递函数 dcm = ss(h2) * [h1 , 1]; % w = h2 * (h1*Va + Td) 角速度函数 dcm = feedback(dcm,Kb,1,1); % close back emf loop 现在绘制阶跃输入电压为Va的角速度响应曲线，如图3所示。右键点击图形，选择Characteristics 可查看具体响应参数，上升时间，调节时间，峰值时间等。 stepplot(dcm(1)); 图3 带负载电机在输入单位阶跃电压信号Va时的响应曲线
第五节 直流电机的基本方程 直流电机的基本方程式包括电系统的电动势平衡方程式、能量系统的功率平衡方程式和机械系统的转矩平衡方程式。 一、直流发电机的基本方程式 直流电机的基本方程式与励磁方式有关。下面以并励直流发电机为例来分析直流发电机的基本方程式。 1.电动势平衡方程式 当原动机拖动直流发电机旋转时，电枢绕组切割气隙磁场感应出电动势 a E 。当电机带上负载时，电枢绕组中将有电流a I 流过，取a I 与a E 的参考正方 向相同。根据基尔霍夫第二定律，则有电动势平衡方程式 f f s a a a R I U U R I U E =?++=2 式中，U 为并励发电机的端电压，也为加在励磁回路的电压；a R 为电枢绕组的电阻；s U ?2为一对电刷下的接触压降；f I 为励磁回路的电流；f R 励磁回路的电阻。 对并励直流发电机，根据基尔霍夫第一定律，有电流方程式 f a I I I += 式中，I 为发电机的输出电流，即负载电流。 2.功率平衡方程式 并励直流发电机的功率流程图。 图中，1P 为原动机输入的机械功率，除去机械损耗Ωp 、铁耗Fe p 和附加损耗?p 后,余下的部分转化为电磁功率e P 。因此有如下功率平衡方程式 e e Fe P p P p p p P +=+++=?Ω01 式中，0p 为空载损耗，它等于机械损耗Ωp 、铁耗Fe p 和附加损耗?p 之和。其
中铁耗Fe p 是由于电枢旋转时交变磁通在电枢铁心内引起的损耗；机械损耗Ωp 是指轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗和转子与空气的摩擦损耗(也称为通风损耗)等；附加损耗?p 也称为杂散损耗，主要包括结构部件在磁场内旋转而产生的损耗、电枢齿槽的影响使气隙磁通产生脉动而在主极铁心中和电枢铁心中产生的脉动损耗、电枢反应使气隙磁场畸变而在电枢铁心中产生的损耗、由于电流分布不均匀而增加的电刷接触损耗以及换向电流所产生的损耗等，这些损耗难于精确计算，一般进行估算，通常约占额定功率的0.5%～1%。又机械损耗Ωp 和铁耗Fe p 与负载大小无关，且在电机运行过程中数值几乎不变，所以空载损耗0p 也称为不变损耗。 电磁功率e P 是原动机输入的机械功率1P 克服了空载损耗0p 后传递给电枢绕组的电功率。因此，电磁功率e P 等于电枢绕组的感应电动势a E 和电枢电流a I 的乘积，即 a a e I E P = 应用电枢绕组感应电动势的计算公式和电磁转矩的计算公式可得 Ω=Φ= Φ= =M n I a pZ I n a pZ I E P a a a a a a e 60 2260ππ 式中，Ω为电枢旋转的机械角速度，它与电枢旋转速度n 的关系为60 2n π=Ω。 上式的物理意义是：ΩM 是原动机为克服电磁转矩而输入的机械功率，a a I E 为电枢发出的电磁功率，两者相等，所以电磁功率就是机械功率转化为电功率的部分，它是从机械量计算电磁量的一个桥梁。 图中，电磁功率e P 除去电枢电路的铜耗Cua p 、励磁电路的铜耗Cuf p 和电刷接触损耗c p 后，余下的部分为发电枢端输出的电功率2P ，所以有如下电功率平衡方程式 s Cua Cuf e p p p P P +++=2 式中，电枢回路的铜耗Cua p =a a R I 2；励磁回路的铜耗Cuf p =f f R I 2 ；电刷的接触
直流电机的基础知识/第三部分 ——直流调速的主电路形式和整机电路构成 直流电机需要直流电源的供给，这要求一个能将交流电转变为直流电的电源装置。另外，直流电机的起/停、保护、调速等控制电路，也常常与直流电源集成于一体，称为直流调速装置或直流调速器。 早期对直流电机的调速控制，用直流发电机作直流电机的直流电源，用接触器配合变阻箱实现直流电机的启/停控制和调速，系统繁杂、造价高。后期由于晶闸管等电力电子器件的成熟应用，出现了静止式直流调速装置，系统配置变得精简，而控制性能大幅度提升。国内外，有一些专业厂家，专门生产了专用于直流电机调速的系列产品，进口产品如英国欧陆传动系统有限公司生产的《590+直流数字式调速器》、ABB（瑞典阿西亚公司和瑞士的布朗勃法瑞公司合并而成）集团公司生产的《DCS400晶闸管变流器直流传动系统》等，国内生产厂家更是林林总总，不下百家。其产品范围囊括了大、中、小功率，他励、自励直流电机的调速控制。 1、小功率直流电机调速器的主电路形式： DC+(A1) SCR2 SCR1 DC-(A2) DC+(F1) DC-(F2)（a）主电路形式1（b）主电路形式2（c）主电路形式3 DC-(A2) L N L N 图1 小功率电机调速器的主电路形式 小功率直流电机，串、并励结构都有，上图（a）、（b）为串励直流电机所用的调压电路，电枢和励磁采用同一电源供电。（a）电路，当电源L端为电压极性为正时，形成SCR1→电机绕组回路→D2，回到电源N端；L端为电压极性为负时，形成SCR2→电机绕组回路→D1→电源N端的电流通路。从分析得出，SCR1与D2相串联，故控制SCR1的导通角，即可实现可控整流。这种由二极管和晶闸管构成的整流桥电路，又称半控桥调压电路。假定两只晶闸管处于最大导通角，电路形同一个桥式整流器，输入AC220V，输出整流电压为220V×0.9=198V，故调压范围约为0~198V；（b）电路，两只可控硅位于整流桥的上桥臂，仍呈现SCR1、D2和
STM32 直流减速电机控制 直流减速电机控制中，最常用的方法就是通过PWM来控制直流电机的转速。在控制小车走直线的过程中，需要两者的转速一置（如果要走得很直，还需要在短时间内保证两者的行程大致相当，这可以用PID算法来控制，以后的文章中会专门叙述）。 因此，在检测到两者转速不一样时，需要动态调整其中一个或两个轮子的PWM的点空比（简单点的就以一个轮为基准，调整另外一个轮子即可；如果以一个固定的标准的话，需要调整两个轮子的PWM占空比）。 程序第一步：设置GPIO，略（输出PWM的管脚用Mode_AF_PP即可） 程序第二步：设置定时器，（保证产生两路PWM即可，我用的是TIM4） void TIM4_Configuration(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //时间基初始化 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=144; //18K/144=125Hz,这个是电机PWM的频率TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=4000; //72000000/4000=18K TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter=0x0000; TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseInitStructure); //输出比较模式设置,用于4路PWM输出 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM2; //输出PWM TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable; //使能正向通道 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState=TIM_OutputState_Disable; //失能反向通道 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=PWM_L; //左轮DIR的占空比 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_Low; //输出极性为低电平 TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity=TIM_OCPolarity_High;//互补输出极性为高电平 TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState=TIM_OCIdleState_Set; TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState=TIM_OCNIdleState_Reset; TIM_OC1Init(TIM4,&TIM_OCInitStructure); //PWM_L初始化 TIM_OC1PreloadConfig(TIM4,TIM_OCPreload_Disable); //改变点空比后,立即产生效应 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=PWM_R; //左轮PWM的占空比 TIM_OC2Init(TIM4,&TIM_OCInitStructure); //PWM_R初始化 TIM_OC2PreloadConfig(TIM4,TIM_OCPreload_Disable); //改变点空比后,立即产生效应
目录 摘要.................................................. II 第1章绪论. (1) 第2章系统论述 (3) 2.1 总体方案 (3) 2.2 基本原理 (3) 2.3 原理框图 (3) 第3章系统的硬件设计 (5) 3.1 单片机最小系统的设计 (5) 3.2 电源电路设计 (6) 3.3 直流电机驱动电路设计 (7) 3.4 显示模块设计 (8) 3.5 按钮电路设计 (8) 3.6 元件参数选择 (9) 第4章系统的软件设计 (11) 4.1 总体方案 (11) 4.2 相关软件介绍 (12) 4.3 应用软件的编制、调试 (13) 第5章仿真结果与分析 (14) 5.1仿真电路图 (14) 5.2 仿真结果 (14) 第6章总结 (17) 参考文献 (18) 附录A：系统整体硬件电路图 (19) 附录B：程序代码 (20)
摘要 当今，计算机控制系统已经在各行各业中得到了广泛的应用和发展，而直流驱动控制作为电器传动的主流在现代化生产中起着主导作用。由于生产过程的不同要求，需要电动机进行不同转速的运转。为此，研究并制造高性能、高可靠性的直流电动机控制系统有着十分重要的显示意义。 本设计主要运用AT89C51单片机为核心硬件，对直流电动机进行速度控制。并且辅助以硬件部分的驱动、复位、LED显示等电路，软件部分对AT89C51进行模块化程序的输入，通过按钮控制，实现对直流电动机的正转、反转、加速、减速和停止等控制功能。同时，由LED与电动机转速显示控制效果。利用AT89C51芯片进行低成本直流电动机控制系统设计，简化系统构成、提高系统性能，满足了生产要求。 关键词：计算机控制 AT89C51单片机直流电动机