1、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 2.1 是这种电机的符号和简化等效电路 1。工作原理图：图 2.1 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 2
2、.1(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 VRw( 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
3、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 2.2(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
4、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 提供电机的最大电流为 1A 左右。图 2.2 用晶体管控制电机启停,(b)增强灵敏度图 2.2(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 2.2(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
5、果用正、负双极性电源，可用一个单刀进行转换，如图 2.3(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机械开关，就可以克服上述缺点。电路如图 2.3(b)所示。图 2.3 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VQ3 发射极Q3 集电极电机正端电机负端 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。电流从电源地端电机负端电机正端 Q4 集
6、电极Q4 发射极电源负端形成回路，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 2.3(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 2.3(c)的电路加以改进。图 2.3(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 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 2.4 是 12V 直流电机的可变电压速度控制
7、。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。电路图如 2.5所示：图 2.4 12V DC 电机速度控制图 2.5 12V 直流电机开关方式速度控制图中 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。
