直流電機電路原理圖和勵磁方式

一、什么是直流電機?

直流電機是一種重要的電機類型，它能夠?qū)崿F(xiàn)直流電能和機械能之間的互相轉(zhuǎn)換。具體來說，當直流電機作為電動機運行時，它可以將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動各種設(shè)備或機械運動;而當它作為發(fā)電機運行時，則可以將機械能轉(zhuǎn)換為直流電能，為設(shè)備提供電力。

直流電機的結(jié)構(gòu)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子部分包括主磁極、換向極、端蓋和電刷裝置等，主要作用是產(chǎn)生磁場;而轉(zhuǎn)子部分則包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐。

直流電機在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，其特點包括轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、易于控制等。以下是一些主要的應(yīng)用領(lǐng)域：

工業(yè)生產(chǎn)：直流電機在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，例如機床、風機、泵、印刷設(shè)備、冶金設(shè)備、化工設(shè)備、食品加工設(shè)備、紡織機械等設(shè)備中常采用直流電機作為動力源。

交通運輸：在交通運輸領(lǐng)域，直流電機也有廣泛應(yīng)用，如電動車、電動汽車、電動自行車等交通工具都采用了直流電機作為動力源。此外，在鐵路、地鐵、電車等運輸工具中，直流電機也被用于控制車速、啟動和制動。

醫(yī)療設(shè)備：直流電機在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用，如手術(shù)室、病房、診斷設(shè)備等。由于其轉(zhuǎn)速可調(diào)、運行穩(wěn)定、噪音低等特點，直流電機能夠滿足醫(yī)療設(shè)備對電機驅(qū)動的高要求。

家用電器：直流電機在家用電器領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，如洗衣機、冰箱、風扇、家庭電視、空調(diào)、吸塵器等。直流電機的高效率、低噪音和長壽命等優(yōu)點使得其成為家用電器領(lǐng)域的理想選擇。

總的來說，直流電機以其獨特的性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中發(fā)揮著不可或缺的作用。

二、直流電機的勵磁方式

直流電動機按勵磁方式分類，有他勵和自勵兩種。他勵指勵磁與電樞回路在電氣上相獨立，自勵則兩者有直接的電氣聯(lián)系。自勵多應(yīng)用于小功率電機，而他勵方式則多應(yīng)用于中、大功率電機。自勵的勵磁方式又包括：并勵、串勵、復(fù)勵等，其中復(fù)勵又有積復(fù)勵和差復(fù)勵之分。直流電機的勵磁方式如下圖所示：

上圖中，Ia為電樞電流，Ea為電樞反電勢;Ff為他勵和并勵方式下勵磁電流;Fs為串勵各復(fù)勵方式下的串勵電流。

圖(a)為他勵方式，勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，用外加電流進行勵磁。其它為自勵方式，與電樞繞組共用電源勵磁。其中(b1)為并勵方式，勵磁繞組與電樞繞組共用同一直流電源，并且勵磁繞組與電樞繞組呈并聯(lián)關(guān)系。在性能上講，他勵與并勵電機性能接近，具有較硬的機械特性，轉(zhuǎn)速隨負載變化小，磁通為一常值，轉(zhuǎn)矩隨電樞電流成正比變化。但起動轉(zhuǎn)矩小于串勵電機，適用于轉(zhuǎn)速要求穩(wěn)定，而對起動轉(zhuǎn)矩無特別要求的負載。

圖(b2)為串勵方式。勵磁線圈與電樞線圈相串聯(lián)并共用電源，勵磁電流即為電樞電流。串勵直流電機具有軟的機械特性，轉(zhuǎn)速隨負載的輕重變化較大，轉(zhuǎn)矩近乎與電樞電流的平方成正比。起動轉(zhuǎn)矩較他勵、并勵直流電機大，適用于要求起動轉(zhuǎn)矩特別大，而對轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定無要求的負載。

圖(b3a)、(b3b)為復(fù)勵方式，復(fù)勵直流電機有復(fù)勵和串勵兩個勵磁繞組，一為與電樞并聯(lián)的并勵繞組，一為與電樞串聯(lián)的串勵繞組。若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復(fù)勵。若相反，稱為差復(fù)勵。復(fù)勵直流電機具有并勵和串勵電機的“折中或復(fù)合”特點，其特性介于并勵和復(fù)勵電機之間。

三、直流電機電路原理圖

1、直流電機速度控制電路原理圖

使用定時器 IC 555和 MOSFET IRF 540 的簡單電路用于直流電機速度控制，一些直流電機的RPM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))不適合控制直流電機速度的項目，可以使用這個簡單電路。

如果您使用微控制器，則意味著您可以通過微控制器 GPIO 引腳偏置該定時器 IC，然后您可以通過改變 VR1 電阻來控制電機速度。

直流偏壓12伏直接饋入直流電機并經(jīng)R1電阻限制后施加到定時器IC 555，控制電壓引腳5不與任何元件連接，定時元件VR1、C2連接在引腳7和閾值之間，觸發(fā)引腳，輸出從引腳 3 取出并與 MOSFET 的柵極端子連接。二極管 D1 保護電機免受反電動勢影響。

當我們給這個電路供電時，定時器IC根據(jù)VR1和c2元件在引腳3產(chǎn)生定時脈沖，該定時脈沖控制MOSFET，從而控制通過MOSFET連接的電機，IC 555輸出的脈沖控制直流電機速度，通過改變脈沖持續(xù)時間我們可以控制直流電機的速度。

2、H橋驅(qū)動直流電機電路原理圖

H橋是驅(qū)動直流電機比較常用的一種的電路，由于它的電路形狀看上去類似字母H,故得名叫“H橋”。它是由4個三級管或4個MOS管組成垂直的4條腿，而直流電機就是“H”中間的一橫;可以看到下圖，就是一個H橋驅(qū)動直流電機電路。

我們現(xiàn)在來分析下，上圖的H橋驅(qū)動直流電機的工作原理：

首先如果想電機正轉(zhuǎn)，對角：Q24，PNP三級管給低電平導(dǎo)通后，直流電機正極供電，Q25，NPN三級管給高電平導(dǎo)通，直流電機負極端接地，同時Q20，PNP三極管給高電平截止，Q19,NPN三極管給低電平截止，此時電機正轉(zhuǎn)。

如果想電機反轉(zhuǎn)，對角：Q20，PNP三級管給低電平導(dǎo)通后，直流電機負極供電，Q19，NPN三級管給高電平導(dǎo)通，直流電機正極端接地，同時Q24，PNP三極管給高電平截止，Q25,NPN三極管給低電平截止，此時電機反轉(zhuǎn)。

可以看到每個三級管集電極和發(fā)射極都并了二極管，此二極管作用是：吸收直流電機自感電動勢，保護開關(guān)三級管。

需要注意的是：4個三級管不能出現(xiàn)同時工作在導(dǎo)通狀態(tài)，否則電路會短路燒壞電路。也就是在切換電機正反轉(zhuǎn)時，要留有一定的死區(qū)時間。