編輯本段簡介

　　直流電動機(jī)就是將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電機(jī)。直流電機(jī)的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電,、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題,。　　根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型,。　　1．他勵直流電機(jī)　　勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵直流電機(jī)　　，接線如圖（a）所示,。圖中M表示電動機(jī),，若為發(fā)電機(jī)，則用G表示,。永磁直流電機(jī)也可看作他勵直流電機(jī),。　　2．并勵直流電機(jī)　　并勵直流電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，接線如圖（b）所示,。作為并勵發(fā)電機(jī)來說,，是電機(jī)本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機(jī)來說,，勵磁繞組與電樞共用同一電源,，從性能上講與他勵直流電動機(jī)相同。　　3．串勵直流電機(jī)　　串勵直流電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后,，再接于直流電源,，接線如圖（c）所示。這種直流電機(jī)的勵磁電流就是電樞電流,。　　4．復(fù)勵直流電機(jī)　　復(fù)勵直流電機(jī)有并勵和串勵兩個勵磁繞組,，接線如圖（d）所示。若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復(fù)勵,。若兩個磁通勢方向相反,，則稱為差復(fù)勵。　　不同勵磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性,。一般情況直流電動機(jī)的主要勵磁方式是并勵式,、串勵式和復(fù)勵式，直流發(fā)電機(jī)的主要勵磁方式是他勵式,、并勵式和和復(fù)勵式,。

編輯本段特點(diǎn)

　　(一)調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”,，是指電動機(jī)在一定負(fù)載的條件下,，根據(jù)需要，人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,。直流電動機(jī)可以在重負(fù)載條件下,，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速,，而且調(diào)速范圍較寬,。　　(二)起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),。因此,，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī),、卷揚(yáng)機(jī),、電力機(jī)車、電車等,，都用直流　　電動機(jī)拖動,。

編輯本段構(gòu)造

　　分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子。記住定子與轉(zhuǎn)子都是由那幾部分構(gòu)成的,，注意：不要把換向極與換向器弄混淆了,，記住他們兩個的作用。　　定子包括：主磁極,，機(jī)座,，換向極，電刷裝置等,。　　轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯,，電樞繞組，換向器,，軸和風(fēng)扇等,。

編輯本段勵磁方式

　　直流電動機(jī)的性能與它的勵磁方式密切相關(guān)，通常直流電動機(jī)的勵磁方式有4種：直流他勵電動機(jī),、直流并勵電動機(jī),、直流串勵電動機(jī)和直流復(fù)勵電動機(jī)。掌握4種方式各自的特點(diǎn)：　　1,、直流他勵電動機(jī): 勵磁繞組與電樞沒有電的聯(lián)系,，勵磁電路是由另外直流電源供給的。因此勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響,。　　2,、直流并勵電動機(jī): 并勵繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵磁　　繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成,，其匝數(shù)很多,，因此具有較大的電阻，使得通過他的勵磁電流較小,。　　3,、直流串勵電動機(jī)：勵磁繞組是和電樞串聯(lián)的，所以這種電動機(jī)內(nèi)磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化,。為了使勵磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降,，勵磁繞組的電阻越小越好，所以直流串勵電動機(jī)通常用較粗的導(dǎo)線繞成,，他的匝數(shù)較少,。　　4,、直流復(fù)勵電動機(jī)：電動機(jī)的磁通由兩個繞組內(nèi)的勵磁電流產(chǎn)生。

編輯本段起動

　　由于電機(jī)電樞回路電阻和電感都較小,，而轉(zhuǎn)動體具有一定的機(jī)械慣性,，因此當(dāng)電機(jī)接通電源后，起動的開始階段電樞轉(zhuǎn)速以及相應(yīng)的反電動勢很小,，起動電流很大。最大可達(dá)額定電流的15～20倍,。這一電流會使電網(wǎng)受到擾動,、機(jī)組受到機(jī)械沖擊、換向器發(fā)生火花,。因此直接合閘起動只適用于功率不大于 4千瓦的電動機(jī)（起動電流為額定電流的6～8倍）,。　　為了限制起動電流，常在電樞回路內(nèi)串入專門設(shè)計(jì)的可變電阻,其原理接線見圖1,。在起動過程中隨著轉(zhuǎn)速的不斷升高及時逐級將各分段電阻短接,，使起動電流限制在某一允許值以內(nèi)。這種起動方法稱為串電阻起動,，非常簡單,，設(shè)備輕便，廣泛應(yīng)用于各種中小型直流電動機(jī)中,。但由于起動過程中能量消耗大,，不適于經(jīng)常起動的電機(jī)和中、大型直流電動機(jī),。但對于某些特殊需要,，例如城市電車雖經(jīng)常起動，為了簡化設(shè)備,，減輕重量和操作維修方便,，通常采用串電阻起動方法。　　對容量較大的直流電動機(jī),，通常采用降電壓起動,。即由單獨(dú)的可調(diào)壓直流電源對電機(jī)電樞供電，控制電源電壓既可使電機(jī)平滑起動,，又能實(shí)現(xiàn)調(diào)速,。此種方法電源設(shè)備比較復(fù)雜。

編輯本段機(jī)械特性

　　電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 隨轉(zhuǎn)矩T而變化的特性【n=f(T)】稱為機(jī)械特性,。它是選用電動機(jī)的一個重要依據(jù),。各類電動機(jī)都因有自己的機(jī)械特性而適用于不同的場合。幾種直流電動機(jī)的機(jī)械特性見圖2,。　　調(diào)速 從直流電動機(jī)的電樞回路看,電源電壓U與電動機(jī)的反電動勢Eа和電樞電流Zа在電樞回路電阻Rа上的電壓降必須平衡,。即 U=Ed+IdRd　　反電動勢又與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n和磁通φ有關(guān),，電樞電流又與機(jī)械轉(zhuǎn)矩M和磁通φ有關(guān)。即 z4系列直流電動機(jī)　　Ed=Cφn　　M=CφId式中C　　為常數(shù),。由此可得 式中n0為空載轉(zhuǎn)速,k 為Rа/C2,。以上是未考慮鐵心飽和等因素時的理想關(guān)系，但對實(shí)際直流電動機(jī)的分析也有指導(dǎo)意義,。 由上可見直流電動機(jī)有3種調(diào)速方法:調(diào)節(jié)勵磁電流,、調(diào)節(jié)電樞端電壓和調(diào)節(jié)串入電樞回路的電阻。調(diào)節(jié)電樞回路串聯(lián)電阻的辦法比較簡便,，但能耗較大,；　　且在輕負(fù)載時，由于負(fù)載電流小,，串聯(lián)電阻上電壓降小,，故轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)很不靈敏。調(diào)節(jié)電樞端電壓并適當(dāng)調(diào)節(jié)勵磁電流,，可以使直流電動機(jī)在寬范圍內(nèi)平滑地調(diào)速,。端電壓加大使轉(zhuǎn)速升高，勵磁電流加大使轉(zhuǎn)速降低,，二者配合得當(dāng),，可使電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。調(diào)速中應(yīng)注意高速運(yùn)行時,，換向條件惡化,，低速運(yùn)行時冷卻條件變壞，從而限制了電動機(jī)的功率,。串勵直流電動機(jī)由于它的機(jī)械特性(圖2)接近恒功率特性,低速時轉(zhuǎn)矩大,，故廣泛用于電動車輛牽引，在電車中常用兩臺或兩臺以上既有串勵又有并勵的復(fù)勵直流電動機(jī)共同驅(qū)動,。利用串,、并聯(lián)改接的方法使電機(jī)端電壓成倍地變化（串聯(lián)時電動機(jī)端電壓只有并聯(lián)時的一半），從而可經(jīng)濟(jì)地獲得更大范圍的調(diào)速和減少起動時的電能消耗,。

編輯本段控制結(jié)構(gòu)

　　直流無刷電機(jī)的控制結(jié)構(gòu),，直流無刷電機(jī)是同步電機(jī)的一種，也就是說 電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)(P)影響,，N=120．f / P,。在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速,。直流無刷電機(jī)即是將同步電機(jī)加上電子式控制(驅(qū)動器),，　　控制定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率并將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達(dá)到接近直流電機(jī)特性的方式,。也就是說直流無刷電機(jī)能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載變化時仍可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速,。　　直流無刷驅(qū)動器包括電源部及控制部：電源部提供三相電源給電機(jī),，控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻率。電源部可以直接以直流電輸入(一般為24V)或以交流電輸入(110V/220 V),，如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器(converter)轉(zhuǎn)成直流,。不論是直流電輸入或交流電輸入要轉(zhuǎn)入電機(jī)線圈前須先將直流電壓由換流器(inverter)轉(zhuǎn)成3相電壓來驅(qū)動電機(jī)。換流器(inverter)一般由6個功率晶體管(Q1～Q6)分為上臂(Q1,、Q3,、Q5)/下臂(Q2、Q4,、Q6)連接電機(jī)作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開關(guān),。控制部則提供PWM(脈沖寬度調(diào)制)決定功率晶體管開關(guān)頻度及換流器(inverter)換相的時機(jī),。直流無刷電機(jī)一般希望使用在當(dāng)負(fù)載變動時速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會變動太大的速度控制，所以電機(jī)內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場的霍爾傳感器(hall-sensor),，做為速度之閉回路控制,，同時也做為相序控制的依據(jù)。但這只是用來做為速度控制并不能拿來做為定位控制,。

編輯本段控制原理

　　直流無刷電機(jī)的控制原理,，要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動起來，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子目前所在位置,，然后依照定子繞線決定開啟(或關(guān)閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序,，inverter中之AH、BH,、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及AL,、BL、CL(這些稱為下　　臂功率晶體管),，使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場,，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機(jī)順時/逆時轉(zhuǎn)動,。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到hall-sensor感應(yīng)出另一組信號的位置時,，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機(jī)就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到控制部決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管),；要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反,。　　基本上功率晶體管的開法可舉例如下：AH、BL一組→AH,、CL一組→BH,、CL一組→BH、AL一組→CH,、AL一組→CH,、BL一組,，但絕不能開成AH、AL或BH,、BL或CH,、CL。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_關(guān)的響應(yīng)時間,，所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯時間要將零件的響應(yīng)時間考慮進(jìn)去,，否則當(dāng)上臂(或下臂)尚未完全關(guān)閉，下臂(或上臂)就已開啟,，結(jié)果就造成上,、下臂短路而使功率晶體管燒毀。　　當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動起來,，控制部會再根據(jù)驅(qū)動器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號變化的速度加以比對(或由軟件運(yùn)算)再來決定由下一組(AH,、BL或AH、CL或BH,、CL或……)開關(guān)導(dǎo)通,，以及導(dǎo)通時間長短。速度不夠則開長,，速度過頭則減短,，此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機(jī)轉(zhuǎn)速快或慢的方式,，如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達(dá)到較精準(zhǔn)速度控制的核心,。　　高轉(zhuǎn)速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時間，另外對于hall-sensor信號變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性,、實(shí)時性,。至于低轉(zhuǎn)速的速度控制尤其是低速起動則因?yàn)榛貍鞯膆all-sensor信號變化變得更慢，怎樣擷取信號方式,、處理時機(jī)以及根據(jù)電機(jī)特性適當(dāng)配置控制參數(shù)值就顯得非常重要,。或者速度回傳改變以encoder變化為參考,，使信號分辨率增加以期得到更佳的控制,。電機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)順暢而且響應(yīng)良好，P.I.D.控制的恰當(dāng)與否也無法忽視,。之前提到直流無刷電機(jī)是閉回路控制,，因此回授信號就等于是告訴控制部現(xiàn)在電機(jī)轉(zhuǎn)速距離目標(biāo)速度還差多少，這就是誤差(Error),。知道了誤差自然就要補(bǔ)償,，方式有傳統(tǒng)的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實(shí)是復(fù)雜多變的，若要控制的堅(jiān)固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統(tǒng)的工程控制能完全掌握,，所以模糊控制,、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論。