直流电机优点和缺点有哪些

杨桂花 2018-09-26 78611

电子常识

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描述

　　本文主要是关于直流电机的相关介绍，并着重对直流电机优点和缺点进行了详尽的阐述。

　　直流电机

　　直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类，其中自励又分为并励、串励和复励3种。当直流电源通过电刷向电枢绕组供电时，电枢表面的N极下导体可以流过相同方向的电流，根据左手定则导体将受到逆时针方向的力矩作用；电枢表面S极下部分导体也流过相同方向的电流，同样根据左手定则导体也将受到逆时针方向的力矩作用。这样，整个电枢绕组即转子将按逆时针旋转，输入的直流电能就转换成转子轴上输出的机械能。由定子和转子组成，定子：基座，主磁极，换向极，电刷装置等；转子（电枢）：电枢铁心，电枢绕组，换向器，转轴和风扇等。

　　基本构造分为两部分：定子与转子。注意：不要把换向极与换向器弄混淆了定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。转子包括：电枢铁芯，电枢（shu）绕组，换向器，轴和风扇等。转子组成直流电动机转子部分由电枢铁芯、电枢、换向器等装置组成，下面对构造中的各部件进行详细介绍。1.电枢铁芯部分：其作用是嵌放电枢绕组和颠末磁通，为了下降电机工作时电枢铁芯中发作的涡流损耗和磁滞损耗。2.电枢部分：作用是发作电磁转矩和感应电动势，而进行能量变换。电枢绕组有许多线圈或玻璃丝包扁钢铜线或强度漆包线。3.换向器又称整流子，在直流电动机中，它的作用是将电刷上的直流电源的电流变换成电枢绕组内的沟通电流，使电磁转矩的倾向稳定不变，在直流发电机中，它将电枢绕组沟通电动势变换为电刷端上输出地直流电动势。换向器由许多片构成的圆柱体之间用云母绝缘，电枢绕组每一个线圈两端区分接在两个换向片上。直流发电机中换向器的作用是把电枢绕组中的交变电动热变换为电刷间的直流电动势，负载中就有电流通过，直流发电机向负载输出电功率，同时电枢线圈中也肯定有电流通过。它与磁场相互作用发作电磁转矩，其倾向与发电机相反，原想法只需抑制这一磁场转矩才华股动电枢改变。因此，发电机向负载输出电功率的还，从原想法输出机械功率，完结了直流发电机将机械能变换为电能的作用。

　　直流电机优点和缺点有哪些

　　直流电机优点：

　　1、起动和调速性能好，调速范围广平滑，过载能力较强，受电磁干扰影响小；

　　2、直流电机具有良好的启动特性和调速特性；

　　3、直流电机的转矩比较大

　　4、维修比较便宜；

　　5、直流电机的直流相对于交流比较节能环保。

　　直流电机缺点：

　　1、直流电机制造比较贵，有碳刷；

　　2、与异步电动机比较，直流电动机结构复杂，使用维护不方便，而且要用直流电源；

　　3、复杂的结构限制了直流电动机体积和重量的进一步减小，尤其是电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花，使直流电动机的故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大。

　　4、换向火花既造成了换向器的电腐蚀，还是一个无线电干扰源，会对周围的电器设备带来有害的影响。电机的容量越大、转速越高，问题就越严重。所以，普通直流电动机的电刷和换向器限制了直流电动机向高速度、大容量的发展。

　　总结：

　　通过以上对直流电机优点和缺点的分析，我们可以发现直流电机是种调速性能好、维修比较便宜、过载能力较强，受电磁干扰影响小、，但是制造比较贵，有碳刷、靠性低、寿命短、保养维护工作量大的电机设备。即使直流电机还有很多不足的地方，但是在现代科学技术的帮助下，直流电机一定会有更好的将来。

　　直流电机和步进电机的区别

　　1 直流电机

　　1.1 什么是电机

　　…

　　1.2 常见电机

　　（1）交流电机：两相、三相。

　　（2）直流电机：永磁、励磁。

　　（3）步进电机、伺服电机。

　　1.3 直流电机详解

　　（1）外观。

　　（2）接线和工作原理。

　　（3）直流电机的驱动问题：不能用IO口直接驱动。

　　1.4 直流电机实验

　　（1）直流电机直接接在开发板的主板的VCC和GND引出接口上看电机是否转动，还可以调换VCC和GND看电机是否反转了。

　　（2）单片机的IO口是数字口，本身的驱动能力非常小（最多20mA级别），这个驱动能力是带不动电动机的。

　　（3）一般单片机需要使用专门的驱动芯片来驱动电机。驱动芯片的作用就是把单片机的小电流的控制信号转成逻辑上相同的大电流的驱动源。这就是所谓的弱电控制强电。用电机驱动芯片来驱动直流电机，具体的电路分析后面讲步进电机时会详细说。

　　2 步进电机理论

　　2.1 什么是步进电机

　　（1）外观。

　　（2）功能特点。

　　（3）操作接口。

　　2.2 步长

　　（1）步进电机有一个固有步距角，这个参数和步进电机本身有关。

　　（2）步进电机一般情况下只能以固有步距角的整数倍来运动，这一个固有步距角的移动就叫一个节拍。

　　（2）电机还有个可以比固有步距角更小的运动方法，这种方法叫细分，由电机驱动器来支持的。

　　2.3 相数

　　结论：我们用的是2相步进电机

　　2.4细分

　　…

　　2.5 极性

　　（1）单极性。

　　（2）双极性。

　　2.6 拍数

　　（1）单相四拍：

　　A/ B A B/ 正转

　　B/ A B A/ 反转

　　时序：A/ B A B/

　　四根线上电平

　　A A/ B B/

　　0 1 0 0 第1拍

　　0 0 1 0 第2拍

　　1 0 0 0 第3拍

　　0 0 0 1 第4拍

　　4个节拍加起来就是一个完整的周期，按照这个周期给步进电机供电，则步进电机就会转动1个步距角。

　　（2）双相四拍：

　　A/B AB AB/ A/B/ 正转

　　A/B/ AB/ AB A/B 反转

　　时序：A/B AB AB/ A/B/

　　四根线上电平

　　A A/ B B/

　　0 1 1 0 第1拍

　　1 0 1 0 第2拍

　　1 0 0 1 第3拍

　　0 1 0 1 第4拍

　　（3）半步八拍：

　　A/ A/B B AB A AB/ B/ A/B/ 正转

　　A/B/ B/ AB/ A AB B A/B A/ 反转

　　2.7 控制器和驱动器

　　（1）一套步进电机的系统需要三部分：控制器+驱动器+步进电机。

　　（2）一般情况下：控制器就是单片机，驱动器一般是接在单片机的IO口上面的专用电机驱动芯片（譬如我们开发板上的TC1508S）。

　　（3）控制器负责产生时序信号，驱动器负责将时序信号转成功率驱动信号给步进电机用。

　　3 开发板原理图分析说明

　　3.1 原理图分析

　　步进电机

　　（1）原理图中INA、INB、INC、IND将来要接单片机的IO口，单片机是做控制器的，通过单片机的IO口给驱动器芯片输入1或者0的控制信号，控制信号经过TC1117的转换，从OUTA、OUTB、OUTC、OUTD四个脚输出具有驱动步进电机能力的驱动信号。

　　（2）接线：譬如可以用P0端口的4个引脚（我实际用P0.0-P0.3）接INA、INB、INC、IND。

　　（3）输出端本来符号是OUTA、OUTB、OUTC、OUTD，但是开发板上实际丝印的符号是；A-、A+、B-、B+。所以这里面有个对应关系：OUTA对应A-、OUTB对应A+、OUTC对应B-、OUTD对应B+。

　　（4）丝印符号改变主要是为了对应步进电机上面的符号，让我们方便接线不会接错。

　　（5）结合之前讲的步进电机的原理，可知：A-和A+是一个相线线圈的2端，B-和B+是另一个线圈。

　　4 步进电机编程实践

　　4.1 接线

　　（1）P0端口的P0.0-P0.3接电机驱动芯片TC1508S的4个输入端。

　　（2）TC1508S的4个输出端接步进电机（按照丝印符号相对应即可）。

　　（3）根据上面的接线，实际得到的接线逻辑是：P0.0和P0.1对应一组线圈，而P0.2和P0.3对应另一组线圈。

　　4.2 单相四拍方式驱动

　　（1）时序编程：A/ B A B/。

　　（2）转速控制：转速是由脉冲信号的频率控制的，其实就是delay的时间。

　　（3）正转与反转。

　　#include 《reg51.h》

　　#define TIME 30 // 延时时间

　　sbit APositive = P0^0;

　　sbit ANegative = P0^1;

　　sbit BPositive = P0^2;

　　sbit BNegative = P0^3;

　　void delay（unsigned char i）

　　{

　　unsigned char a， b;

　　for （a=i; a》0; a--）

　　for （b=240; b》0; b--）;

　　}

　　void main（void）

　　{

　　while （1）

　　{

　　// 循环内实现1个周期

　　// 一个周期其实就是各个节拍依次排列构成的，注意节拍之间要延时

　　// 单相4拍 A/ B A B/

　　APositive = 0;

　　ANegative = 1;

　　BPositive = 0; // B负和B正这两根线电平只要一样即可，两个1和

　　BNegative = 0; // 两个0效果是一样的

　　delay（TIME）;

　　APositive = 0;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 1; // B负和B正这两根线电平只要一样即可，两个1和

　　BNegative = 0; // 两个0效果是一样的

　　delay（TIME）;

　　APositive = 1;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 0; // B负和B正这两根线电平只要一样即可，两个1和

　　BNegative = 0; // 两个0效果是一样的

　　delay（TIME）;

　　APositive = 0;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 0; // B负和B正这两根线电平只要一样即可，两个1和

　　BNegative = 1; // 两个0效果是一样的

　　delay（TIME）;

　　// 反转 A/ B A B/

　　APositive = 0;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 0; // B负和B正这两根线电平只要一样即可，两个1和

　　BNegative = 1; // 两个0效果是一样的

　　delay（TIME）;

　　APositive = 1;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 0; // B负和B正这两根线电平只要一样即可，两个1和

　　BNegative = 0; // 两个0效果是一样的

　　delay（TIME）;

　　APositive = 0;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 1; // B负和B正这两根线电平只要一样即可，两个1和

　　BNegative = 0; // 两个0效果是一样的

　　delay（TIME）;

　　APositive = 0;

　　ANegative = 1;

　　BPositive = 0; // B负和B正这两根线电平只要一样即可，两个1和

　　BNegative = 0; // 两个0效果是一样的

　　delay（TIME）;

　　}

　　}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384

　　4. 3 双相四拍方式驱动

　　A/B AB AB/ A/B/

　　4.4 半步八拍方式驱动

　　A/ A/B B AB A AB/ B/ A/B/

　　#include 《reg51.h》

　　#define TIME 30 // 延时时间

　　sbit APositive = P0^0;

　　sbit ANegative = P0^1;

　　sbit BPositive = P0^2;

　　sbit BNegative = P0^3;

　　void delay（unsigned char i）

　　{

　　unsigned char a， b;

　　for （a=i; a》0; a--）

　　for （b=240; b》0; b--）;

　　}

　　void main（void）

　　{

　　while （1）

　　{

　　// 循环内实现1个周期

　　// 一个周期其实就是各个节拍依次排列构成的，注意节拍之间要延时

　　// 双相4拍 A/B AB AB/ A/B/

　　APositive = 0;

　　ANegative = 1;

　　BPositive = 1; // B负和B正这两根线电平只要一样即可，两个1和

　　BNegative = 0; // 两个0效果是一样的

　　delay（TIME）;

　　APositive = 1;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 1; // B负和B正这两根线电平只要一样即可，两个1和

　　BNegative = 0; // 两个0效果是一样的

　　delay（TIME）;

　　APositive = 1;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 0; // B负和B正这两根线电平只要一样即可，两个1和

　　BNegative = 1; // 两个0效果是一样的

　　delay（TIME）;

　　APositive = 0;

　　ANegative = 1;

　　BPositive = 0; // B负和B正这两根线电平只要一样即可，两个1和

　　BNegative = 1; // 两个0效果是一样的

　　delay（TIME）;

　　// 半步8拍 A/ A/B B AB A AB/ B/ A/B/

　　APositive = 0;

　　ANegative = 1;

　　BPositive = 0;

　　BNegative = 0;

　　delay（TIME）;

　　APositive = 0;

　　ANegative = 1;

　　BPositive = 1;

　　BNegative = 0;

　　delay（TIME）;

　　APositive = 0;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 1;

　　BNegative = 0;

　　delay（TIME）;

　　APositive = 1;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 1;

　　BNegative = 0;

　　delay（TIME）;

　　APositive = 1;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 0;

　　BNegative = 0;

　　delay（TIME）;

　　APositive = 1;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 0;

　　BNegative = 1;

　　delay（TIME）;

　　APositive = 0;

　　ANegative = 0;

　　BPositive = 0;

　　BNegative = 1;

　　delay（TIME）;

　　APositive = 0;

　　ANegative = 1;

　　BPositive = 0;

　　BNegative = 1;

　　delay（TIME）;

　　}

　　结语

　　关于直流电机的相关介绍就到这了，如有不足之处欢迎指正。

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