有刷直流电机工作原理详解.docx

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1、有刷直流电机工作原理详解日期:2014-05-27 / 作者:admin / 分类: 技术文章简介有刷直流电机被广泛用于从玩具到按钮调节式汽车坐椅的应用中。有刷直流（BrushedDC，BDC）电机价格便宜、易于驱动并且易于制造成各种尺寸和形状。本应用笔记将讨论BDC电机的工作原理、驱动BDC电机的方法以及将驱动电路与PIC唀片机接口的方法。工作原理图1给出了一个简单BDC电机的结构。所有BDC电机的基本组件都是一样的：定子、电刷和换向器。后面将更详细地介绍每个组件. 定子定子会在转子周围产生固定的磁场。这一磁

2、场可由永磁体或电磁绕组产生。BDC电机的类型由定子的结构或电磁绕组连接到电源的方式划分（欲知BDC电机的不同类型请参见步进电机的类型）。转子转子（也称为电枢）由一个或多个绕组构成。当这些绕组受到激励时，会产生一个磁场。转子磁场的磁极将与定子磁场的相反磁极相吸引，从而使定子旋转。在电机旋转过程中，会按不同的顺序持续激励绕组，因此转子产生的磁极绝不会与定子产生的磁极重叠。转子绕组中磁场的这种转换被称为换向。电刷和换向器与其他电机类型（即，无刷直流电机和交流感应电机）不同，BDC电机不需要控制器来切换电极绕组中电流的

3、方向，而是通过机械的方式完成BDC电机绕组的换向。在BDC电机的转轴上安装有一个分片式铜套，称为换向器。随着电机的旋转，碳刷会沿着换向器滑动，与换向器的不同分片接触。这些分片与不同的转子绕组连接，因此，当通过电机的电刷上电时，就会在电机内部产生动态的磁场。注意电刷和换向器由于两者之间存在相对滑动，因而是BDC电机中最容易损耗的部分，这一点很重要。步进电机的类型如前所述，BDC电机的各种类型用定子中固定磁场的产生方式来区别。本节将讨论BDC电机的不同类型，以及每种类型的优缺点。永磁体永磁体有刷直流（Permane

4、ntMagnetBrushedDC，PMDC）电机是世界上最常见的BDC电机。这类电机使用永磁体产生定子磁场。PMDC电机通常用在包括分马力电动机在内的应用中，这是因为永磁体比绕组定子具有更高的成本效益。PMDC电机的缺点是永磁体的磁性会随着时间的推移逐渐衰退。某些PMDC电机的永磁体上还绕有绕组，以防止磁性丢失的情况发生。PMDC电机的性能曲线（电压与速度关系曲线）的线性非常好。电流与转矩成线性关系。由于定子磁场是恒定的，所以这类电机对电压变化的响应非常快。 并激并激有刷直流（Shunt-woundBrush

5、edDC，SHWDC）电机的励磁线圈与电枢并联。励磁线圈中的电流与电枢中的电流相互独立。因此，这类电机具有卓越的速度控制能力。SHWDC电机通常用在需要五个或五个以上马力的应用中。在SHWDC电机中，不会出现磁性丢失的问题，因此它们通常比PMDC电机更加可靠。 串激串激有刷直流（Series-woundBrushedDC，SWDC）电机的励磁线圈与电枢串联。由于定子和电枢中的电流均随负载的增加而增加，因此这类电机是大转矩应用的理想之选。SWDC电机的缺点是它不能像PMDC和SHWDC电机那样对速度进行精确控制。

6、 复激复激（CompoundWound，CWDC）电机是并激和串激电机的结合体。如图5所示，CWDC电机可产生串激和并激两种磁场。CWDC电机综合了SWDC和SHWDC电机的性能，它具有比SHWDC电机更大的转矩，又能提供比SWDC电机更佳的速度控制。 基本驱动电路驱动电路用在使用了某类控制器并且要求速度控制的应用中。驱动电路的目的是为控制器提供改变BDC电机中绕组电流的方法。本节中讨论的驱动电路允许控制器对BDC电机的供电电压进行脉宽调制。就功耗来说，这样的速度控制方法在改变BDC电机的速度方面比起传统的模拟

7、控制方法效率要高很多。传统的模拟控制要求与电机绕组串联一个额外的变阻器，这样会降低效率。驱动BDC电机的方法多种多样。有些应用场合仅要求电机往一个方向运转。图6和图7给出了向一个方向驱动BDC电机的电路。前者采用低端驱动，后者采用高端驱动。使用低端驱动的优点是可以不必使用FET驱动器。FET驱动器的用途是：1.将驱动MOSFET的TTL信号转换为供电电压的电平。2.提供足以驱动MOSFET的电流(1)3.提供半桥应用中的电平转换。注1：对于绝大多数PIC唀片机应用，第二点通常不适用，这是因为PIC单片机的I/O

8、引脚可提供20mA的拉电流。注意，在每个电路中，电机的两端都跨接有一个二极管，目的是防止反电磁通量（BackElectromagneticFlux，BEMF）电压损坏MOSFET。BEMF是在电机转动过程中产生的。当MOSFET关断时，电机的绕组仍然处于通电状态，会产生反向电流。D1必须具有合适的额定值，以能够消耗这一电流。  图6和图7中的电阻R1和R2对于每个电路的工作很重要。R1