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    直流電機的基本知識

    文章出處: 人氣:發表時間:2019-11-26 05:39

      直流電機的基本知識_物理_自然科學_專業資料。直流電機的基本知識 1 直流電機的工作原理 永磁式直流電機是應用很廣泛的一種。只要在它上面加適當電壓。電機就 轉動。圖 2.1 是這種電機的符號和簡化等效電路[1]。 工作原理圖: 圖 2.1 直流

      直流電機的基本知識 1 直流電機的工作原理 永磁式直流電機是應用很廣泛的一種。只要在它上面加適當電壓。電機就 轉動。圖 2.1 是這種電機的符號和簡化等效電路[1]。 工作原理圖: 圖 2.1 直流電機的符號和等效電路 這種電機由定子、轉子、換向器 (又稱整流子 )、電刷等組成,定子用作產 生磁場。轉于是在定子磁場作用下,得到轉矩而旋轉起來。換向器及時改變了 電流方向,使轉子能連續旋轉下去。也就是說,直流電壓加在電刷上,經換向 器加到轉子線圈,流過電流而產生磁場,這磁場與定子的固定磁場作用,轉子 被強迫轉動起來。當它轉動時,由于磁場的相互作用,也將產生反電動勢,它 的大小正比于轉子的速度,方向和所加的直流電壓相反。圖 2.1(b)給出了等效 電路。Rw 代表轉子繞組的總電阻,E 代表與速度相關的反電動勢。 永磁式換流器電機的特點: 當電機負載固定時,電機轉速正比于所加的電源電壓。 當電機直流電源固定時,電機的工作電流正比于轉予負載的大小。 加于電機的有效電壓,等于外加直流電壓減去反電動勢。因此當用固定電壓驅 動電機時,電機的速度趨向于自穩定。因為負載增加時,轉子有慢下來的傾向, 于是反電動勢減少,而使有效電壓增加,反過來又將使轉子有快起來的傾向, 所以總的效果使速度穩定。 當轉子靜止時,反電動勢為零,電機電流最大。其最大值等于 V/Rw(這兒 V 是電源電壓)。最大· 電流出現在剛起動的條件。 轉子轉動的方向,可由電機上所加電壓的極性來控制。 體積小、重量輕、起動轉矩大。 由于具備上述的那些特點,所以在醫療器械、小型機床、電子儀器、計算 機、氣象探空儀、探礦測井、電動工具、家用電器及電子玩具等各個方面,都 得到廣泛的應用。 對這種永磁式電機的控制,主要有電機的起??刂?、方向控制、可變速度 控制和速度的穩定控制。 2 電機的起/??刂?電機的起/??刂?,最簡單最原始的方法是在電機與電源之間,加一機械 開關?;蛘哂美^電器的觸點控制。 現在比較流行的方法,是用開關晶體管來代替機械開關,無觸點、無火花 干擾,速度快。電路如圖 2.2(a)所示。當輸入端為低電平時,開關晶體管 Q1 截 止,電機無電流而處于停止狀態。如果輸入端為高電平時,Q1 飽和導通,電機 中有電流,因此電機起動運轉。圖中二極管 D1 和 D2 是保護二極管,防止反電 動勢損壞晶體管。電容 C1 是消除射頻干擾而外加的。R1 基極限流電阻,限制 Q1 的基極電流。在 6V 電源時,基極電流不超過 52mA。在這種情況下,Q1 提 供電機的最大電流為 1A 左右。 圖 2.2 用晶體管控制電機啟停,(b)增強靈敏度 圖 2.2(a)的電路,因基極電流需外部驅動電路。如果再增加一級緩沖放大, 如圖 2.2(b)的電路,驅動電流減少到 2mA。R3 限制 Q1 的基極電流到安全值。 其他元件作用與(a)圖中相同。 3 電機的方向控制 水磁式換流器電機的轉動方向,可以用改變電源極性的方法,使電機反轉。 如果用正、負雙極性電源,可用一個單刀進行轉換,如圖 2.3(a)所示。因為電 機的電流直接通過開關,容易燒壞開關接點。所以可以改用功率開關晶體管來 代替機械開關,就可以克服上述缺點。電路如圖 2.3(b)所示。 圖 2.3 電機方向控制 電路工作原理:當開關 SW1 置于“正轉”位時,Q1 和 Q3 的基極加上偏流; Q2 和 Q4 的偏置電路被斷開。所以 Q1 和 Q3 導通,Q2 和 Q4 截止。電流從 V+ →Q3 發射極→Q3 集電極→電機正端→電機負端→地形成回路,此時電機正轉。 同理,如果 SW1 置于“反轉’位置時,Q2 和 Q4 得到偏流而導通;01 和 Q3 截止。 電流從電源地端→電機負端→電機正端→Q4 集電極→Q4 發射極→電源負端形 成回路,故電機電源與上述情況相反,因此電機反轉。而 SW1 置于斷時,電機 停止轉動。 圖 2.3(b)電路中 SW1 要轉接正、負電源。在接口電路的應用中,用電子開 關來代替 SW1 就比較困難。為了克服這個缺點,可用圖 2.3(c)的電路加以改進。 圖 2.3(c)中的 SW1 就很容易用電子開關來代替。在這個電路中,SW1 置于“正 轉”位置時,Q1 和 Q3 導通,Q2 和 Q4 截止。SW1 置于“反轉”位置時,Q2 和 Q4 導通,Q1 和 Q3 截止。 4 電機的速度控制 直流電機的轉速與所加的電壓有效值成正比。圖 2.4 是 12V 直流電機的可 變電壓速度控制。圖中 Q1 和 Q2 是復合管射極跟隨器,電機的直流電壓可從 0V 變到 12v。這種電路的特點是:在中速和高速時,速度的控制和自動調節的 性能很好。但是低速和慢啟動特性比較差。 用開關方式或脈寬調制,可以獲得非常好的速度控制性能。電路圖如 2.5 所示: 圖 2.4 12V DC 電機速度控制 圖 2.5 12V 直流電機開關方式速度控制 圖中 IC1 作為 50Hz 的無穩多諧振蕩器,它產生一個矩形波輸出,占空比可變從 20 比 1 到 1 比 20,由 RV1 進行調節。這個波形經過 Q1 和 Q2 送到電機,電機 上的電壓有效值是隨 RV1 的調節而變化的(總的周期是 50HZ)。不過電機上所加 上的電壓,是具有峰值電壓為 12V 的功率脈沖。因此在整個調速范圍內;性能 都非常好。即使在很低的速度,轉矩也很大。速度控制的程度,正比于所加電 壓的有效值。

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