微型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理及設(shè)計(jì)

1、微型直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制電路設(shè)計(jì)主講人：呂國(guó)濤直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用 錄音機(jī)、錄像機(jī)、電動(dòng)剃須刀、電動(dòng)玩具、電動(dòng)自行車等 控制內(nèi)容：直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、暫?；蜣D(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向等 驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成：直流電源、開關(guān)、調(diào)速裝置等 直流電機(jī)工作原理不講，自己看書 電機(jī)的種類電機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。電機(jī)有多種不同的類型，常見電機(jī)分類如下：控制電機(jī)控制電機(jī)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)信號(hào)電機(jī)信號(hào)電機(jī)電機(jī)電機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)功率電機(jī)功率電機(jī)伺服電機(jī)伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)力矩電機(jī)力矩電機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)直流電機(jī)直流電機(jī)交流電機(jī)交流電機(jī)交直兩用電機(jī)交直兩用電機(jī)直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)速

2、度信號(hào)電機(jī)速度信號(hào)電機(jī)位置信號(hào)電機(jī)位置信號(hào)電機(jī)直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)主磁極主磁極：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成換向磁極換向磁極：改善換向。：改善換向。電刷裝置電刷裝置：與換向片配合：與換向片配合, ,完成直流與交流的互換完成直流與交流的互換機(jī)座和端蓋機(jī)座和端蓋：起支撐和固定作用。：起支撐和固定作用。定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。：主磁路的一部分，放置電樞繞組。電樞繞組電樞繞組：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。換向器換向器：與電刷裝置配合：與

3、電刷裝置配合, ,完成直流與交流的互換完成直流與交流的互換轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸軸承軸承直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理 直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)一、直流發(fā)電機(jī)工作原理 右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，N N、S S為定為定子磁極，子磁極，abcdabcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端電樞。線圈的首末端a a、d d連接到兩個(gè)相互絕緣連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過(guò)放置在

4、換向片上固定不動(dòng)外電路的連接是通過(guò)放置在換向片上固定不動(dòng)的電刷進(jìn)行的。的電刷進(jìn)行的。直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法 1、變電樞電壓調(diào)速。這種方法具有啟動(dòng)力矩大，阻尼效果好，響應(yīng)速度快，線性度好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較多。 2、變磁通調(diào)速。實(shí)際上是改變勵(lì)磁磁場(chǎng)的大小，對(duì)于勵(lì)磁電機(jī)來(lái)說(shuō)，改變勵(lì)磁電壓可以進(jìn)行變磁通調(diào)速。這種調(diào)速方式調(diào)速范圍小，而且會(huì)使電機(jī)的機(jī)械特性變軟，一般只作為變電樞電壓調(diào)速的輔助方式。 3、串電阻調(diào)速。這種調(diào)速是保持輸入電壓不變，在電樞回路中串入電阻來(lái)進(jìn)行調(diào)速。這種方式引起電機(jī)的機(jī)械特性變軟，功耗增大，一般應(yīng)用不多

5、。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 二.開關(guān)驅(qū)動(dòng)型：利用大功率晶體管的開關(guān)作用。處理器光電隔離大功率晶體管電機(jī)PWM信號(hào)PWM信號(hào)功率輸出晶體管將恒定的直流電源轉(zhuǎn)換成一定的方波電壓加在電機(jī)電樞上。優(yōu)點(diǎn)：與線性驅(qū)動(dòng)方式不同，該方式下，晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)器件導(dǎo)通時(shí)，器件的電流很大但壓降卻很?。黄骷P(guān)斷時(shí)，壓降很大電流卻很小。因此這種驅(qū)動(dòng)方式功耗小，效率高。通過(guò)控制開關(guān)的頻率和脈寬，可以對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)-PWM方式PWM全稱是脈沖寬度調(diào)制。采用PWM進(jìn)行電機(jī)的調(diào)速控制，實(shí)際上是保持加在電機(jī)電樞上的脈沖電壓頻率不變，調(diào)節(jié)其脈沖寬度。電機(jī)是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，它的電樞電流和轉(zhuǎn)速均不能突變，很高頻率的P

6、WM波加在電機(jī)上，效果相當(dāng)于施加一個(gè)恒定電壓的直流電，這個(gè)電壓可以由脈沖的寬度調(diào)節(jié)。圍繞PWM還有許多其他的調(diào)速方式，如PFM(脈沖頻率調(diào)節(jié))、SPWM、隨機(jī)PWM等。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路-H橋PWM驅(qū)動(dòng)方式易于與處理器接口，使用簡(jiǎn)單，性能較好。相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路有多種形式，最常用的一種是H橋電路。H橋驅(qū)動(dòng)電路原理 一、一、H H橋驅(qū)動(dòng)電路橋驅(qū)動(dòng)電路 圖中所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠（注意：該圖只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動(dòng)電路沒有畫出來(lái)）。圖所示，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)

7、三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如，如下圖所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針?lè)较颍橋驅(qū)動(dòng)電路原理 H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)下圖所示為另一對(duì)三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)

8、通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針?lè)较颍?。H橋驅(qū)動(dòng)電路原理 H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)際使用的時(shí)候，用分立元件制作H橋是很麻煩的，好在現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集成電路，接上電源、電機(jī)和控制信號(hào)就可以使用了，在額定的電壓和電流內(nèi)使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、MC33886、TA7257P、SN754410、BTS7970等。H橋驅(qū)動(dòng)電路原理 實(shí)際H橋電路L298是著名的SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，具有兩套H橋電路。L298內(nèi)置兩個(gè)H橋，每個(gè)橋提供1A的額定工作電流，和最大3A的峰值電流。它能驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)不超過(guò)可樂(lè)罐大小。H橋驅(qū)動(dòng)芯片-L298 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的幾點(diǎn)心得： 1.電機(jī)供電最好和單片機(jī)供電獨(dú)立開來(lái)，中間加光耦隔離。防止電機(jī)通