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

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 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。

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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。

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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

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 第二:直流有刷电机代码实现

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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。

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