什么是直流电机：基础知识，类型及其工作

几乎我们在我们周围看到的每个机械发展都是由电动机完成的。电机是转换能量的方法。电机采用电能并产生机械能。电动机用于为我们在日常生活中使用的数百个设备。电动机广泛分为两种不同的类别：直流（DC）电机和交流电流（AC）电机。在本文中，我们将讨论直流电机及其工作。还有装备齿轮直流电机的工作。

什么是直流电机？

一个直流电机是电动机这在直流电源上运行。在电动机中，操作取决于简单的电磁。当载流导体产生磁场，然后将其放置在外部磁场中，它将遇到与导体中的电流成比例的力和​​外部磁场的强度。它是将电能转换为机械能的设备。它适用于放置在磁场中的电流承载导体经历导致其相对于其原始位置旋转的力。实用的直流电动机包括现场绕组，以提供充当导体的磁通量和电枢。

的输入无刷直流电机电流/电压，输出是扭矩。了解DC电机的操作从基本图示非常简单，如下所示。直流电机基本上由两个主要部件组成。旋转部件称为转子，并且静止部分也称为定子。转子相对于定子旋转。

转子由绕组组成，绕组与换向器电相关。刷子，换向器触点和转子绕组的几何形状使得当施加电力时，通电绕组和定子磁铁的极性被误报，转子将转动直到与定子的磁体磁体非常伸直。

当转子达到校准，电刷移动到下一个换向器接触和激励下一个绕组。这种旋转使电流通过转子绕组的方向发生逆转，从而使转子的磁场发生翻转，从而使其继续旋转。

直流电机结构

直流电机的结构如下所示。在了解它的工作原理之前，了解它的设计是非常重要的。该电动机的主要部件包括电枢和定子。

电枢线圈是旋转部分，而静止部分是定子。在此，电枢线圈连接到直流电源，其中包括电刷和换向器。换向器的主要功能是将电枢中感应到的交流转换为直流。通过使用电刷，电流可以从电机的旋转部分流向非活动的外部负载。电枢的布置可以在电磁铁的两极之间进行，也可以是永久性的。

直流电机部分

在直流电机中，有不同的电机设计，如无刷，永磁，系列，复合缠绕，分流器，否则稳定的分流器。通常，DC电机的部件在这些流行的设计中是相同的，但整个操作是相同的。直流电机的主要部分包括以下内容。

定子

像定子这样的固定部件是包括磁场绕组的直流电机部件中的一个部件。它的主要功能是获取供给。

转子

转子是电动机的动态部分，用于产生单元的机械转。

刷子

使用换向器的电刷主要作为一个桥，将固定的电路固定在转子上。

换向器

这是一个开环，设计与铜部分。它也是直流电机最重要的部件之一。

现场绕组

这些绕组由现场线圈制成，该绕组线圈被称为铜线。这些绕组绕过杆鞋的槽。

电枢绕组

在DC电动机中的这些绕组的结构是两种类型，如LAP＆Wave。

轭

像轭的磁框架有时设计有铸铁或钢。它就像一名警卫一样。

杆子

电机中的极点包括两个主要部件，如杆芯和杆鞋。这些基本部件通过液压力连接在一起，并连接到轭。

牙齿/插槽

非导电性的槽衬经常被卡在槽壁之间，以及为了安全而从零开始的线圈、机械支撑和额外的电气绝缘。槽间的磁性材料叫做齿。

电动机住房

电机的外壳为电刷、轴承和铁芯提供支持。

工作准则

用于将能量从电力转换为机械的电机称为直流电动机。这直流电机工作原理当载流导体位于磁场中，它就会受到机械力。这个力的方向可以通过弗莱明的左手法则以及它的大小来决定。

If the first finger is extended, the second finger, as well as the left hand’s thumb, will be vertical to each other & primary finger signifies the magnetic field’s direction, the next finger signifies the current direction & the third finger-like thumb signifies the force direction which is experienced through the conductor.

f = Bil Newtons

在那里,

'B'是磁通密度，

'我'是最新的

'L'是磁场中的导体的长度。

每当电枢绕组给予直流电源，那么电流将设置在绕组内。磁场绕组或永磁体将提供磁场。因此，根据上述原理，电枢导体将受到磁场的作用。
换向器设计成段以获得单向扭矩的部分，或者在每次一旦导体运动的方式被磁场上翘的方式，就会推翻力的路径。因此，这是直流电机的工作原理。

直流电机的类型

下面将讨论不同类型的直流电机。

齿轮直流电机

减速电机倾向于降低电机的转速，但相应的扭矩增加。这个特性很方便，因为直流电动机的旋转速度对电子设备来说太快了。齿轮马达通常由直流电刷马达和附在轴上的齿轮箱组成。电动机被区分为由两个相连的单元齿轮传动。由于其设计成本高，降低了复杂性，并构建了工业设备、驱动器、医疗工具和机器人等应用，因此它有许多应用。

• 没有齿轮就造不出好的机器人。考虑到所有的事情，很好的理解如何齿轮影响参数，如扭矩和速度是非常重要的。
• 齿轮工作原理机械优势。这意味着通过使用独特的齿轮直径，我们可以在旋转速度和扭矩之间交换。机器人没有理想的速度扭矩比。
• 在机器人学中，扭矩优于速度。有齿轮，可以用更好的扭矩交换高速度。扭矩的增加与速度的降低成反比。

减速直流电动机

齿轮的减速包括驱动较大齿轮的小齿轮。减速箱中可能有很少的这些减速齿轮组。

有时，使用齿轮马达的目的是降低被驱动设备中马达的旋转轴转速，例如，在一个小型电子钟中，微型同步电机可能以每分钟1200转的速度转动，但是它可以减少到每分钟1转来驱动秒针，并且在驱动分针和时针的时钟机制中进一步减少。在这里，驱动力的大小是无关紧要的，只要它足以克服时钟机构的摩擦冲击。

DC电机系列

系列电机是DC系列电机，现场绕组内部串联连接到电枢绕组。系列电机提供高启动扭矩，但必须在没有负载的情况下运行，并且能够在首先通电时移动非常大的轴负载。系列电机也称为系列卷绕电机。

在串联电机中，现场绕组与电枢串联相关联。场强随着电枢电流的进展而变化。当速度减少载荷时，串联电机推动更优异的扭矩。其起始扭矩不仅仅是不同类型的直流电动机。

它也可以更容易地辐射由于载流量的大量电流而建立在绕组中的热量。它的速度在全负载和空载之间相当移动。当移除负载时，电机速度增加，并且通过电枢和场线圈的电流减小。卸载大型机器的运行是危险的。

通过电枢和磁场线圈的电流减小，它们周围磁通线的强度减弱。如果线圈周围的磁通量线的强度以流过它们的电流相同的速率减少，两者将以相同的速率在

其中电机转速增加。

好处

串联电机的优点包括以下几点。

• 巨大的起动转矩
• 结构简单
• 设计很容易
• 维护很容易
• 具有成本效益的

应用程序

系列电机可以产生巨大的转动功率，扭转状态的扭矩。这一特性使适合小型电器，多功能电气设备等的系列电机。串联电机不适合在需要恒定速度时。原因是串联电机的速度随着载荷而变化很大。

分流马达

分流电机是分流式直流电动机，其中场绕组分流到或与电动机的电枢绕组并联连接。由于其最佳速度调节，通常使用分流直流电动机。因此，电枢绕组和现场绕组都呈现给相同的电源电压，然而，存在用于电枢电流流和场电流的离散分支。

分流电机具有比串联电机更具独特的工作特性。由于分流场线圈由精细导线制成，因此它不能产生像串行区域的大电流。这意味着分流电机具有极低的起始扭矩，这要求轴负荷很少。

当将电压施加到分流电动机时，非常低量的电流流过分流线圈。用于分流电机的电枢类似于串联电动机，它将汲取电流以产生强磁场。由于磁场周围的电枢周围的相互作用和在分流场周围产生的场，电动机开始旋转。

像系列电机一样，电枢开始转动时，它将产生反电动势。后部EMF将导致电枢中的电流开始递减到非常小的水平。当电机达到全速时，电枢的电流量将与负载的尺寸直接相关。由于负载通常很小，电枢电流将很小。

好处

分流电机的优点包括以下内容。

• 简单的控制性能，导致求解复杂驱动问题的高度灵活性
• 高可用性，因此需要的服务最少
• 高水平的电磁兼容性
• 非常顺畅的运行，因此整体系统的机械应力低，动态控制过程
• 广泛的控制范围和低速度，因此普遍使用

应用程序

分流直流电机非常适合皮带驱动的应用。这种恒速电机用于工业和汽车应用，如机床和绕线/放卷机，需要大量的扭矩精度。

直流复合汽车

DC复合电动机包括单独激发的分流场，其具有优异的起动转矩，但是它面向变速应用内的麻烦。这些电机中的该领域可以通过电枢以及分别激发的分流场串联连接。串联场提供出色的起始扭矩，而分流场可以提高速度调节。但是，系列字段导致可变速度驱动器应用内的控制问题，通常不在4象限驱动器中使用。

兴奋

顾名思义，现场绕组否则线圈通过单独的直流源激励。这些电动机的独特事实是电枢电流在整个现场绕组中不提供，因为场绕组从单独的外部DC电流源加强。直流电动机的扭矩方程是Tg =Kaφ1a，在这种情况下，通过改变焊电通量'φ'和独立于'IA'电枢电流来改变扭矩。

自我兴奋

顾名思义，在这种类型的电机中，绕组内的电流可以通过电机提供，否则机器本身。进一步，该电机分为串励电机和并励电机。

永磁直流电机

PMDC或永磁直流电动机包括电枢绕组。这些电动机设计有永磁体，通过将它们放在定子芯的内部边缘上，以产生现场通量。另一方面，转子包括传统的DC电枢，包括刷子和换向器段。

在永磁直流电动机中，磁场可以通过永磁体形成。因此，输入电流不用于用于空调、雨刷、汽车启动器等的励磁。

使用微控制器连接直流电机

微控制器无法直接驱动电机。所以我们需要某种司机来控制电机的速度和方向。电机驱动程序将充当接口设备微控制器和马达。电机驱动器将充当电流放大器，因为它们采用低电流控制信号并提供高电流信号。该高电流信号用于驱动电动机。使用L293D芯片是一种使用微控制器控制电机的简单方法。它在内部包含两个H桥驱动器电路。

这个芯片是用来控制两个电机的。L293D有两组排列，其中一组有输入1、输入2、输出t1、输出2，带使能引脚，另一组有输入3、输入4、输出3、输出4，带其他使能引脚。下面是一个关于L293D的视频

这里是与L293D微控制器接合的直流电动机的示例。

L293D有两组排列，一组有输入1、输入2、输出1、输出2，另一组有输入3、输入4、输出3、输出4，根据上图，

• 如果引脚No 2和7高，则引脚No 3和6也高。如果使能1和引脚编号2高，则将引脚数为低，则电动机在向前方向上旋转。
• 如果使能1和引脚数7是高的离开引脚数2，则电动机沿相反方向旋转。

如今，DC电机仍然存在于许多应用中，作为玩具和磁盘驱动器或大尺寸，以操作钢轧机和造纸机。

直流电动机方程

通量的大小是

f = bli.

式中，B-由磁场绕组产生的磁通引起的磁通密度

L-导体的活跃长度

i -通过导体的电流

当导体旋转时，诱导EMF，其在与所提供的电压相反的方向上作用。它被给予

在哪里，Ø- Fluz由于磁场绕组

P - 杆数量

一常数

N -电机的速度

Z-导体数

电源电压，V = E_b+ I._一个R_一个

发达的扭矩是

因此转矩与电枢电流成正比。

而且，速度随电枢电流而变化，因此电动机的间接扭矩和速度彼此的基因。

对于直流分流电机，即使扭矩从无负载增加，速度也仍然恒定。

对于DC系列电机，随着扭矩从无负载增加而增加，速度会降低。

因此，可以通过改变转速来控制转矩。速度控制是通过

• 通过控制电流通过现场绕组助熔剂控制方法而改变磁通量。通过这种方法，速度被控制在其额定速度之上。
• 电枢电压控制 - 在正常速度下方提供速度控制。
• 电源电压控制 - 在两个方向上提供速度控制。

4象限操作

通常，电动机可以在4个不同的区域中操作。这直流电动机四象限运行包括以下。

• 作为一个正向或顺时针方向的马达。
• 作为向前方向的发电机。
• 作为逆转或逆时针方向的电动机。
• 作为相反方向的发电机。

• 在第一象限中，电动机在正方向上以速度和扭矩驱动负载。
• 在第二象限，转矩方向反转，电机充当发电机
• 在第三象限，电机以负向的速度和扭矩驱动负载。
• 在4.^th象限，电机以反向模式充当发电机。
• 在第一象限和第三象限，电动机在正反两个方向上都起作用。例如，起重机上的电机可以提升和放下货物。

在第二象限和第四象限，电机分别作为发电机的正向和反向，并提供能量返回到电源。因此，控制电机运行的方式，使其在任何4象限是通过控制其速度和旋转方向。

通过改变电枢电压或弱化场来控制速度。通过改变施加电压大于或小于后部EMF的程度来控制扭矩方向或旋转方向。

直流电机常见故障

很重要，了解电机的故障和故障，以描述每个案例的最合适的安全装置。有三种类型的电机故障，如机械，电气和机械成长到电气中。最常发生的失败包括以下内容，

• 绝缘击穿
• 过热
• 超负荷
• 轴承失败
• 振动
• 锁定转子
• 轴的错位
• 反转跑步
• 失衡阶段

AC电机中发生的最常见故障以及DC电机包括以下内容。

• 当电机未正确安装时
• 当电机通过污垢阻挡时
• 当电机含水时
• 当电机过热时

12 V直流电机

12V直流电机价格便宜，小以及功能较小，用于若干应用中使用。为特定应用选择合适的直流电机是一个具有挑战性的任务，因此通过确切的公司工作是非常重要的。这些电机的最佳示例是Metomotors，因为它们是在45年以上具有高质量的PMDC（永磁直流）电机。

如何选择合适的电机?

可以通过Metomotors选择12V直流电动机，因为该公司的专业人员将首先研究您的正确应用程序，并在此之后考虑众多特点以及可保证您可以使用最好的产品完成的规格。
工作电压是该电动机的特性之一。

一旦电机通过电池供电，那么通常选择低工作电压，因为需要更少的电池来获得特定电压。但是，在高电压下，驱动DC电机通常更有效。即使，它的操作是可以实现的1.5伏，最高可达100V。最常用的电机是6V，12V和24V。该电机的其他主要规格是速度，工作电流，功率和扭矩。

12V DC电动机通过需要运行扭矩以及高启动的直流电源非常适用于不同的应用。与其他电动机电压相比，这些电机以较少的速度操作。
该电机的特点主要因制造企业和应用而异。

• 电机转速350rpm至5000rpm
• 该电机的额定扭矩范围为1.1至12.0磅
• 该电机的输出功率范围从01HP到21 HP
• 框架尺寸为60毫米，80毫米，108毫米
• 可更换的刷子
• 电刷的典型使用寿命为2000小时以上

在直流电动机中的反电动势

一旦载流导体置于磁场中，扭矩就会在导体上产生，扭矩将使导体旋转，从而切断磁场的磁通。根据电磁感应的现象，一旦导体切片磁场，就会在导体内产生电动势。

感应电动势的方向可以通过弗莱明的右手定则确定。根据这个规则，如果我们以90°的角度握住缩略图、食指和中指，之后食指就表示磁场的方式。这里，拇指指的是导体的运动方式，中指指的是导体上的感应电动势。

通过应用弗莱明右手法则，我们可以注意到感应电动势的方向是与施加的电压相反的。所以电动势被称为反电动势或反电动势。反电动势的发展可以做串联通过施加电压，然而，反向方向，即反电动势抵制流动的电流导致它。

反电动势的大小可以通过如下类似的表达式给出。

ϕZ/60A

在哪里

“Eb”是电机的感应电动势，称为反电动势

'a'是否。在反极性刷子之间的整个电枢中的平行车道

'p'是否。杆子

'n'是速度

' Z '是电枢内导体的总数

'φ'是每个杆的有用的助焊剂。

在上述电路中，与所施加的电压相比，后电动势幅度始终低。一旦直流电机在平常的条件下工作，两者之间的差距几乎是等效的。由于主电源，电流将在直流电动机上诱导。主要供应，反EMF和电枢电流之间的关系可以表示为EB = V - Iara。

在4个象限中控制直流电机操作的应用

可以使用与7个开关接口的微控制器来实现4个象限中的直流电动机操作。

Case1:当按下启动和顺时针开关时，单片机中的逻辑输出逻辑低对引脚7，逻辑高对引脚2，使电机顺时针旋转，在1处运行^圣象限。通过按下PWM开关，可以改变电机的速度，在驱动IC的使能引脚上施加持续时间不同的脉冲，从而改变施加的电压。

案例2：按下向前制动器时，微控制器逻辑将逻辑低至Pin7，逻辑高于引脚2，电机趋于其相反的方向运行，导致其立即停止。

以类似的方式，按下抗顺时针开关使电机以反向移动，即在3中运行^{理查德·道金斯}象限，并按下反向制动开关使电机立即停止。

因此，通过适当编程微控制器和通过开关，可以在每个方向上控制电动机操作。

因此，这一切都是关于DC电机的概述。这直流电动机的优点它们是为加速和减速提供优异的速度控制，易于理解的设计，以及简单，便宜的驱动器设计。这是一个问题，DC电​​机的缺点是什么？

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