技能提升----直流有刷电机控制方案之经典

一、电机概念

     电机：俗称“马达”，依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。包括电动机和发电机。

     电动机在电路中是用字母M表示，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源，发电机在电路中用字母G表示，它的主要作用是利用机械能转化为电能。

      电机控制：对电机的启动、加速、匀速运转、减速和停止进行控制，分为一下三种：

    >速度控制

    >位置控制

    >转矩控制

二、电机分类

 

 

 

 三、有刷直流电机

    有刷直流电机(Brushed DC，简称BDC)，由于其结构简单，操控方便，成本低廉，具有良好的偏动和调速性能等优势，被广泛应用于各种动力器件中，小到玩具，按钮调节式汽车座椅，大到印刷机械等生产机械中都能看到它的身影。

    直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。

优点：价格低、控制方便
缺点：由于电刷和换向器的存在，有刷电机的结构复杂，可靠性差，故障多，维护工作

量大，寿命短，换向火花易产生电磁干扰。

     主要组成：主磁极（N/S）、电刷、换向片、电枢铁芯、绕组线圈

转子：换向片、电枢铁芯

定子：主磁极、电刷

定子和转子之间有一气隙，在电枢铁芯上放置了由导体连成的电枢线圈，线圈的首段和末端分别连到两个换向片上，换向器固定在转轴上；在换向片上放置一对固定不动的电刷A和B。

电动势与能量转换分析（右手定则判定）

反电动势，电枢转动时，切割磁力线产生感应电动势（磁生电），这个电动势的方向与电枢电流I和外加电压的方向总是相反的，称为反电动势Ea。电源只有克服这个反电动势才能向电动机输入电流。

可见，电动机向负载输出机械功率的同时，电源是向电动机输入电功率，电动机起着将电能转换为机械能的作用。

能量转换：电源（电能）->电磁转矩->负载（机械能）

由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。

                           

注意事项如下：

1、永磁/电磁区别：

永磁直流电动机：内部磁铁采用永磁体，通入直流电，改变供电极性，可以改变旋转方向。

电磁直流电动机：电磁直流由定子磁极，转子电枢，换向器，电刷，主磁极由铁芯和励磁绕组构成。

功率大的电动机采用用励磁绕组来作为主磁极，功率小用永久磁铁。

2、稀土永磁、铁氧体永磁、铝镍钴永磁区别：永磁体的材料不同。

3、串励、并励、他励、复励的区别：

串励：内部的励磁绕组与转子绕组之间通过电刷和换向器串联

并励：内部的励磁绕组和转子绕组之间并联

他励：内部的励磁绕组接到独立的励磁供电，励磁电流较为恒定

复励：定子磁极上除有并励绕组外，还装有与转子绕组串联的串励绕组

四、直流有刷电机实验操作

第一：硬件选型

TB6612FNG是一款新型驱动器件，能独立双全控制2个直流电机，具有很高的集成度，同时能提供足够的输出能力，运行性能和能耗方面也具有优势，因此，在集成化，小型化的电机控制系统中，他可以作为理想的电机驱动器件。

AIN1/AIN2、BIN1/BIN2、PWMA/PWMB为控制输入端；

AO1/AO2、BO1/BO2为2路电机控制输出端；

STBY为正常工作/待机控制引脚（5V）

VM（<10V）和VCC（2.7~5.5V）分别为电机驱动输入电压和逻辑电平输入端

 第二：直流有刷电机代码实现

总结：通过蓝牙模块可以控制电机的转速和正反转，输入“N”时电机正转50r/min,输入“S”时电机反转50r/min;输入“T”时电机停止。

   输入“+”，电机转速+50r/min

   输入“-0”，电机转速-50r/min

可以通过匿名上位机来观察电机转速的波形。