直流电机的基本知识

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:

加直《电压

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（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。

2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。

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（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 损坏晶体管。电容 C1是消除射频干扰而外加的。R1基极限流电阻，限制 Q1 的基极电流。在6V 电源时，基极电流不超过 52mA 。在这种情况下，Q1提供

图用晶体管控制电机启停，（b ）增强灵敏度

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电机的最大电流为1A 左右。

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图(a)的电路，因基极电流需外部驱动电路。如果再增加一级缓冲放大，如 图(b)的电路，驱动电流减少到2mA 。R3限制Q1的基极电流到安全值。其他元 件作用与(a)图中相同。 3电机的方向控制

水磁式换流器电机的转动方向，可以用改变电源极性的方法，使电机反转。 如果用正、负双极性电源，可用一个单刀进行转换，如图

(a)所示。因为电机的

电流直接通过开关，容易烧坏开关接点。所以可以改用功率开关晶体管来代替

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图电机方向控制

电路工作原理：当开关SW1置于 正转”位时，Q1和Q3的基极加上偏流; Q2和Q4的偏置电路被断开。所以 Q1和Q3导通，Q2和Q4截止。电流从V +

Q3发射极f Q3集电极f 电机正端f 电机负端f 地形成回路，此时电机正转。

同理，如果SW1置于 反转'位置时，Q2和Q4得到偏流而导通；01和Q3截止。 电流从电源地端f 电机负端f 电机正端f Q4集电极f Q4发射极f 电源负端形 成回路，故电机电源与上述情况相反，因此电机反转。而 SW1置于断时，电机 停止

转动。

图(b)电路中SW1要转接正、负电源。在接口电路的应用中，用电子开关来

代替SW1就比较困难。为了克服这个缺点，可用图 (C)的电路加以改进。图(c) 中的SW1就很容易用电子开关来代替。在这个电路中，

SW1置于 正转”位置时,

Q1和Q3导通，Q2和Q4截止。SW1置于 反转”位置时，Q2和Q4导通，Q1

机械开关，就可以克服上述缺点。电路如图

(b)所示。

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和Q3截止。 4电机的速度控制

直流电机的转速与所加的电压有效值成正比。图是

12V 直流电机的可变电

压速度控制。图中Q1和Q2是复合管射极跟随器，电机的直流电压可从 0V 变 到12v 。这种电路的特点是：在中速和高速时，速度的控制和自动调节的性能 很好。但是低速和慢启动特性比较差。

用开关方式或脉宽调制，可以获得非常好的速度控制性能。

图中IC1作为50Hz 的无稳多谐振荡器，它产生一个矩形波输出，占空比可变从 20比1到1比20，由RV1进行调节。这个波形经过 Q1和Q2送到电机，电机 上的电压有效值是随RV1的调节而变化的（总的周期是50HZ ）。不过电机上所加 上的电压，是具有峰值电压为 12V 的功率脉冲。因此在整个调速范围内；性能 都非常好。即使在很低的速度，转矩也很大。速度控制的程度，正比于所加电 压的有效值。

电路图如所示:

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图12V DC 电机速度控制

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图12V 直流电机开关方式速度控制

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