直流电机论文 修改

直流电机论文

一：直流电机的特性：

1、直流电机的工作原理：

正电刷、负电刷接上直流电源，电流从正电刷流入，由负电刷流出根据电磁力定律，用左手定则决定电枢线圈将受到顺时针方向的转矩作用，该转矩称为电磁转矩。当电枢转到一半时，线圈中流过的电流方向也改变了。所以线圈仍然受到顺时针方向的电磁转矩的作用。电枢始终保持同一选转方向。直流电机的电枢实际上是由许多线圈产生的电磁转矩驱动电枢旋转，带动轴上的机械负载。

图1 直流电机模型

图1是一个最简单的直流电机模型。在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕Z-Z'轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面装有矩形的线圈abcd。这个转动的部分通常叫做电枢。线圈的两端a和d分别接到叫做换向片的两个半圆形铜环1和2上。换向片1和2之间是彼此绝缘的，它们和电枢装在同一根轴上，可随电枢一起转动。A和B是两个固定不动的碳质电刷，它们和换向片之间是滑动接触的。来自直流电源的电流就是通过电刷和换向片流到电枢的线圈里。

图2 换向器在直流电机中的作用

当电刷A和B分别与直流电源的正极和负极接通时，电流从电刷A流入，而从电刷B流出。这时线圈中的电流方向是从a流向b，再从c流向d。我们知道，载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则来决定。当电枢在图2（a）所示的位置时，线圈ab边的电流从a流向b，用cd边的电流从c流向

d，用⊙表示。根据左手定则可以判断出，ab边受力的方向是从右向左，而cd 边受力的方向是从左向右。这样，在电枢上就产生了反时针方向的转矩，因此电枢就将沿着反时针方向转动起来。

当电枢转到使线圈的ab边从N极下面进入S极，而cd边从S极下面进入N 极时，与线圈a端联接的换向片1跟电刷B接触，而与线圈d端联接的换向片2跟电刷A接触，如图2（b）所示。这样，线圈内的电流方向变为从d流向c，再从b流向a，从而保持在N极下面的导体中的电流方向不变。因此转矩的方向也不改变，电枢仍然按照原来的反时针方向继续旋转。由此可以看出，换向片和电刷在直流电机中起着改换电枢线圈中电流方向的作用。

2、直流电机的机械特性：电磁转矩和转速是表征电机机械性能的两个重要物理量，而机械特性正是表征转速和电磁转矩的关系。当电机的电源电压、励磁电流为常数，电枢回路的电阻不变时，电机转速与电磁转矩的关系曲线称为电动机的机械特性。

图3 电机转速与电磁转矩的关系曲线

二：直流电机的驱动：

1、电枢绕组的感应电动势：

电枢绕组在磁场中旋转将感应出电动势。闭合的电枢绕组通过电刷形成了多个并联支路，任一条并联支路中绕组元件各导体电动势之和即为正、负电刷间的电动势，也就是电枢绕组感应电动势。支路中各导体在磁场中分布于各个不同的位置上，故各个导体内感应电动势的大小是不同的。电枢电动势的大小取决于转速和每极磁通大小。

2、电磁转矩：

直流电机的电磁转矩是由载流的电枢导体与气隙磁场相互作用产生的。电磁转矩与每极磁通和电枢电流乘积成正比。根据左手定则，电磁转矩的方向由每极磁通和电枢电流的方向共同决定。每极磁通、电枢电流任一方向的改变，电磁转矩的方向随之改变。此外，电磁转矩对发电机说是制动转矩，而对电动机来说则是驱动转矩。

图4 平均电磁转矩的产生

由图4可以看出，转矩是变化的，除了平均转矩外，还包含着交变转矩。为了克服这些缺点，实际的电动机都是由很多匝线圈组成，并且按照一定的联接方法分布在整个电枢表面上，通常称为电枢绕组。随着线圈数目的增加，换向片的数目也相应地增多，由许多换向片组合起来的整体叫做换向器。

图5 线路图

图5是电机的线路图，由电源出来的电流所经过的途径是：

蓄电池正极—正极接线柱—滑环电刷—后滑环—换向器正极电刷—电枢绕组—换向器的负极电刷—磁极绕组—前滑环—滑环电刷—负极接线柱—蓄电池负极。

当电流流过电枢及励磁绕组时，二者形成相互作用的磁场，导致磁系统和电枢作相对的旋转。而磁系统与外轴联接，电枢与内轴联接，因此电动机形成两个旋转方向相反的输出轴.

4、单片机驱动原理：

图6 单片机驱动电路图

该原理图用的是12V电源，单片机输出高电平，提供的电流有限，虽经过8050放大，也难以达到使电机转动的需求。可以再加一级放大，用8550即可，如上图。

原来的1K电阻可以适当的减小，680～470欧姆左右即可。

此时，单片机输出低电平时，电机转动。两个电阻，是进行电流限制，以免烧坏三极管和单片机引脚。3.3K电阻，是控制8550的基极电流，在1mA左右就基本够用；减小到1K也可，这时，电流就接近5mA了。1K电阻，是控制8050的基极电流的，减小到470欧姆，基极电流就能达到8～10mA，电流再增大，8050

就会有危险。