直流電動(dòng)機(jī) [1] 是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)。因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分為永磁、他勵(lì)和自勵(lì)3類，其中自勵(lì)又分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)3種。當(dāng)直流電源通過電刷向電樞繞組供電時(shí)，電樞表面的N極下導(dǎo)體可以流過相同方向的電流，根據(jù)左手定則導(dǎo)體將受到逆時(shí)針方向的力矩作用;電樞表面S極下部分導(dǎo)體也流過相同方向的電流，同樣根據(jù)左手定則導(dǎo)體也將受到逆時(shí)針方向的力矩作用。這樣，整個(gè)電樞繞組即轉(zhuǎn)子將按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，輸入的直流電能就轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械能。由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子：基座，主磁極，換向極，電刷裝置等;轉(zhuǎn)子(電樞)：電樞鐵心，電樞繞組，換向器，轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等。

直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時(shí)，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖?，因此此時(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動(dòng)勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢的原理。

感應(yīng)電動(dòng)勢的方向按右手定則確定(磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢的方向)。

導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針方向，企圖使電樞逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩(例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩)，電樞就能按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)起來。

什么是直流?想必不少電氣小白都一知半解!直流就是：電流流向始終不變。電流是由正極，經(jīng)導(dǎo)線、負(fù)載，回到負(fù)極，通路中，電流的方向始終不變，所以我們將輸出這固定電流方向的電源，稱為"直流電源"。簡記為dc，如：干電池、鉛蓄電池。

在電子技術(shù)發(fā)展的今天，直流電源的使用比交流電更為廣泛。例如我們的電腦，電視，微波爐，手機(jī)等許多電子設(shè)備都是用的是直流電。就算工業(yè)中也有大量的工控設(shè)備使用直流電。只不過大多數(shù)除移動(dòng)設(shè)備外，這些直流都是由交流變換而來。

而直流電機(jī)的應(yīng)用是非常廣泛的。所以直流電機(jī)的控制是一門很實(shí)用的技術(shù)。下面我們一起來詳細(xì)了解一下各種直流電機(jī)的控制技術(shù)。

有關(guān)直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的接線圖，電樞可逆，用接觸器將電機(jī)的主回路的正、負(fù)極對調(diào)一下即可，磁場可逆，用接觸器將電機(jī)的勵(lì)磁回路的正、負(fù)極對調(diào)一下即可。

說明：

1.電樞可逆，用接觸器將電機(jī)的主回路的正、負(fù)極對調(diào)一下就可以。

2.磁場可逆，用接觸器將電機(jī)的勵(lì)磁回路的正、負(fù)極對調(diào)一下就可以。

3.二者均實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，取其一即可。

直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，?調(diào)速平滑、方便、調(diào)速范圍廣，?過載能力強(qiáng)，?可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，?能滿足生產(chǎn)過程中自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求，?因此在工業(yè)控制領(lǐng)域，?直流電機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。

許多半導(dǎo)體公司推出了直流電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片，?但這些芯片多數(shù)只適合小功率直流電機(jī)，?對于大功率直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，?其集成芯片價(jià)格昂貴。?基于此，?本文詳細(xì)分析和探討了較大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的各種問題，?有針對性設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一款基于25D60-24A?的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。?該電路驅(qū)動(dòng)功率大，?抗干擾能力強(qiáng)，?具有廣泛的應(yīng)用前景。

H?橋功率驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

在直流電機(jī)中，?可以采用GTR?集電極輸出型和射極輸出性驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，?但是它們都屬于不可逆變速控制，?其電流不能反向，?無制動(dòng)能力，?也不能反向驅(qū)動(dòng)，?電機(jī)只能單方向旋轉(zhuǎn)，?因此這種驅(qū)動(dòng)電路受到了很大的限制。對于可逆變速控制，?H?橋型互補(bǔ)對稱式驅(qū)動(dòng)電路使用最為廣泛?？赡骝?qū)動(dòng)允許電流反向，?可以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，?有效實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制。?而電機(jī)速度的控制主要有三種，?調(diào)節(jié)電樞電壓、減弱勵(lì)磁磁通、改變電樞回路電阻。?三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，?改變電樞回路電阻只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速，?減弱磁通雖然能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，?但這種方法的調(diào)速范圍不大，?一般都是配合變壓調(diào)速使用。?因此在直流調(diào)速系統(tǒng)中，?都是以變壓調(diào)速為主，?通過PWM(Pulse?Width?Modulation)信號占空比的調(diào)節(jié)改變電樞電壓的大小，?從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑調(diào)速。

H?橋驅(qū)動(dòng)原理

要控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，?需要給電機(jī)提供正反向電壓，?這就需要四路開關(guān)去控制電機(jī)兩個(gè)輸入端的電壓。?當(dāng)開關(guān)S1?和S4?閉合時(shí)，?電流從電機(jī)左端流向電機(jī)的右端，?電機(jī)沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn);當(dāng)開關(guān)S2?和S3?閉合時(shí)，?電流從電機(jī)右端流向電機(jī)左端，?電機(jī)沿另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，?H?橋驅(qū)動(dòng)原理等效電路圖如圖1?所示。

一、 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)

在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮一下幾點(diǎn)：

1.功能：電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動(dòng)?需不需要調(diào)速?對于單向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只要用一個(gè)大功率三極管或場效應(yīng)管或繼電器直接帶動(dòng)電機(jī)即可，當(dāng)電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以使用由4個(gè)功率元件組成的H橋電路或者使用一個(gè)雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可;但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場效應(yīng)管等開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)速。

2. 性能：對于PWM調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主要有以下性能指標(biāo)。

1)輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動(dòng)多大功率的電機(jī)。

2)效率，高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會(huì)減少驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通(H橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個(gè)問題，即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通使電源短路)入手。

3)對控制輸入端的影響。功率電路對其輸入端應(yīng)有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離。

4)對電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染;大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動(dòng)。

5)可靠性。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該盡可能做到，無論加上何種控制信號，何種無源負(fù)載，電路都是安全的。