有關 並勵直流電動機起動方法與比較 的內容
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直流電機的結構
由直流電動機和發電機工作原理示意圖可以看到，直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產 生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉 換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。
1. 定子
（1）主磁極
主 磁極的作用是產生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成。鐵心壹般用0.5mm～1.5mm厚的矽鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部 分，上面套勵磁繞組的部分稱為極身，下面擴寬的部分稱為極靴，極靴寬於極身，既可以調整氣隙中磁場的分布，又便於固定勵磁繞組。勵磁繞組用絕緣銅線繞制而 成，套在主磁極鐵心上。整個主磁極用螺釘固定在機座上，
1—換向器 2—電刷裝置 3—機座 4—主磁極 5—換向極
6—端蓋 7—風扇 8—電樞繞組 9—電樞鐵心
2）換向極
換向極的作用是改善換向，減小電機運行時電刷與換向器之間可能產生的換向火花，壹般裝在兩個相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和換向極繞組組成，如8.6所示。換向極繞組用絕緣導線繞制而成，套在換向極鐵心上，換向極的數目與主磁極相等。
（3）機座
電機定子的外殼稱為機座，見圖8.4中的3。機座的作用有兩個：壹是用來固定主磁極、換 圖8.5 主磁極的結構
向極和端蓋，並起整個電機的支撐和固定作用； 1—主磁極 2—勵磁繞組 3—機座
二是機座本身也是磁路的壹部分，借以構成磁極之間磁的通路，磁通通過的部分稱為磁軛。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導磁性能，壹般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。
4）電刷裝置
電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流電流的，如圖8.7所示。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿 和刷桿座等組成。電刷放在刷握內，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環形的刷桿座上，相互之間必須絕緣。刷 桿座裝在端蓋或軸承內蓋上，圓周位置可以調整，調好以後加以固定。
圖1.6 換向極 圖1.7 電刷裝置
1—換向極鐵心 1—刷握2—電刷
2—換向極繞組 3—壓緊彈簧 4—刷辮
2. 轉子(電樞)
（1）電樞鐵心
電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。壹般電樞鐵心采用由0.5mm厚的矽鋼片 沖制而成的沖片疊壓而成(沖片的形狀如圖8.8(a)所示)，以降低電機運行時電樞鐵心中產生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉軸或轉子支架上。 鐵心的外圓開有電樞槽，槽內嵌放電樞繞組。
（2）電樞繞組
電樞繞組的作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量變換的關鍵部件，所以叫電樞。 它是由許多線圈(以下稱元件)按壹定規律連接而成，線圈采用高強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中，線圈與鐵心之 間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外，槽口用槽楔固定，如圖8.9所示。線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無緯玻璃帶 進行綁紮。
（3）換向器
在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉矩的方向恒定不變；在直流發電機中，換向器配以
電刷，能將電樞線圈中感應產生的交變電動勢轉換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用雲母片絕緣，換向 圖8.9 電樞槽的結構
片的緊固通常如圖8.10所示，換向片的下部做成鴿 1—槽楔 2—線圈絕緣 3—電樞導體
尾形，兩端用鋼制V形套筒和V形雲母環固定，再用4—層間絕緣 5—槽絕緣 6—槽底絕緣
螺母鎖緊。
4）轉軸
轉軸起轉子旋轉的支撐作用，需有壹定的機械強度和剛度，壹般用圓鋼加工而成。
圖8.10 換向器結構 圖8.11 單疊繞組元件
1—換向片 2—連接部分 1—首端 2—末端 3—元件邊 4—端接部分 5—換向片
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直流電機的可逆運行原理
壹臺直流電機原則上既可以作為電動機運行,也可以作為發電機運行,這種原理在電機理論中稱為可逆原理。當原動機驅動電樞繞組在主磁極N、S之間旋轉時， 電樞繞組上感生出電動勢，經電刷、換向器裝置整流為直流後，引向外部負載（或電網），對外供電，此時電機作直流發電機運行。如用外部直流電源，經電刷換向 器裝置將直流電流引向電樞繞組，則此電流與主磁極N.S.產生的磁場互相作用，產生轉矩，驅動轉子與連接於其上的機械負載工作，此時電機作直流電動機運 行。
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直流電機的分類
按結果主要分為直流電動機和直流發電機
按類型主要分為直流有刷電機和直流無刷電機
直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。
直流電機的勵磁方式
1．他勵直流電機
勵磁繞組與電樞繞組無聯接關系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機，接線如圖（a）所示。圖中M表示電動機，若為發電機，則用G表示。永磁直流電機也可看作他勵直流電機。
2．並勵直流電機
並勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相並聯，接線如圖（b）所示。作為並勵發電機來說，是電機本身發出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為並勵電動機來說，勵磁繞組與電樞***用同壹電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。
3．串勵直流電機
串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯後，再接於直流電源，接線如圖（c）所示。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。
4．復勵直流電機
復勵直流電機有並勵和串勵兩個勵磁繞組，接線如圖（d）所示。若串勵繞組產生的磁通勢與並勵繞組產生的磁通勢方向相同稱為積復勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復勵。
不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。壹般情況直流電動機的主要勵磁方式是並勵式、串勵式和復勵式，直流發電機的主要勵磁方式是他勵式、並勵式和和復勵式。
直流發電機
直流發電機是把機械能轉化為直流電能的機器。它主要作為直流電動機、電解、電鍍、電冶煉、充電 及交流發電機的勵磁等所需的直流電機。雖然在需要直流電的地方，也用電力整流元件，把交流電變成直流電，但從使用方便、運行的可靠性及某些工作性能方面來 看，交流電整流還不能和直流發電機相比。
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直流電機銘牌
國產電機型號壹般采用大寫的英文的漢語拼音字母的阿拉伯數字表示，其格式為：第壹部分用大寫的拼音字母表示產品代號，第二部分用阿拉伯數字表示設計序號，第三部分用阿拉伯數字表示機座代號，第四部分用阿拉伯數字表示電樞鐵心長度代號。
以Z2---92為例：Z表示壹般用途直流電動機；2表示設計序號，第二次改型設計；9表示機座序號；2電樞鐵心長度符號。
第壹部分字符含義如下：
Z系列：壹般用途直流電動機（如Z2 Z3 Z4等系列）
ZJ系列：精密機床用直流電機
ZT系列：廣調速直流電動機
ZQ系列：直流牽引電動機
ZH系列：船用直流電動機
ZA系列：防爆安全型直流電動機
ZKJ系列：挖掘機用直流電動機
ZZJ系列：冶金起重機用直流電動機
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直流電機的勵磁方式
直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。
直流電機的勵磁方式
1．他勵直流電機
勵磁繞組與電樞繞組無聯接關系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機，接線如圖（a）所示。圖中M表示電動機，若為發電機，則用G表示。永磁直流電機也可看作他勵直流電機。
2．並勵直流電機
並勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相並聯，接線如圖（b）所示。作為並勵發電機來說，是電機本身發出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為並勵電動機來說，勵磁繞組與電樞***用同壹電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。
3．串勵直流電機
串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯後，再接於直流電源，接線如圖（c）所示。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。
4．復勵直流電機
復勵直流電機有並勵和串勵兩個勵磁繞組，接線如圖（d）所示。若串勵繞組產生的磁通勢與並勵繞組產生的磁通勢方向相同稱為積復勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復勵。
不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。壹般情況直流電動機的主要勵磁方式是並勵式、串勵式和復勵式，直流發電機的主要勵磁方式是他勵式、並勵式和和復勵式。
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直流電機的工作原理
壹、直流發電機工作原理
直流發電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變為直流電動勢的原理。
感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向導體運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向。）
在圖1.1所示瞬間，導體a b 、c d 的感應電動勢方向分別由 b指向 a和由d 指向 c 。這時電刷 A呈正極性,電刷B 呈負極性。
圖1.1 直流發電機原理模型
當線圈逆時針方向旋轉180°時，這時導體c d 位於N 極下，導體a b 位於S 極下，各導體中電動勢都分別改變了方向。
圖1.2 直流發電機原理模型
從圖看出，和電刷 A接觸的導體永遠位於 N極下，同樣，和電刷 B接觸的導體永遠位於S 極下。因此，電刷 A始終有正極性，電刷 B始終有負極性，所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動勢。如果電樞上線圈數增多，並按照壹定的規律把它們連接起來，可使脈振程度減小，就可獲 得直流電動勢。這就是直流發電機的工作原理。
二、直流電動機的工作原理
導體受力的方向用左手定則確定。這壹對電磁力形成了作用於電樞壹個力矩，這個力矩在旋轉電機裏 稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩）， 電樞就能按逆時針方向旋轉起來。
圖1.3 直流電動機的原理模型
當電樞轉了180°後，導體 cd轉到 N極下，導體ab轉到S極下時，由於直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷 A流入，經導體cd 、ab 後，從電刷B流出。這時導體cd 受力方向變為從右向左，導體ab 受力方向是從左向右，產生的電磁轉矩的方向仍為逆時針方向。
圖1.4 直流電動機原理模型
因此，電樞壹經轉動，由於換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由導體 ab和cd 流入，使線圈邊只要處於N 極下，其中通過電流的方向總是由電刷A 流入的方向，而在S 極下時，總是從電刷 B流出的方向。這就保證了每個極下線圈邊中的電流始終是壹個方向，從而形成壹種方向不變的轉矩，使電動機能連續地旋轉。這就是直流電動機的工作原理。
永磁無刷直流電機控制器設計
1 引 言
隨著人們生活水平的提高，產品質量、精度、性能、自動化程度、功能以及功耗、價格問題已經是選 擇家用電器的主要因素。永磁無刷直流電機既具有交流伺服電機的結構簡單、 運行可靠、維護方便等優點，又具備直流伺服電機那樣良好的調速特性而無機械式換向器，現已廣泛應用於各種調速驅動場合。MOTOROLA 第二代電機控制專用芯片的出現，給永磁無刷直流電機調速裝置的設計帶來了極大的便利。這些芯片控制功能強，保護功能完善，工作性能穩定，組成的系統所需外 圍電路簡單，抗幹擾能力強，特別適用於工作環境惡劣，對控制器體積，價格性能比要求較高的場合。
2 控制器結構與原理
2.1 控制器結構
MC33035 是 MOTORLORA 公司研制的第二代無刷直流電機控制專用集成電路，加上1片 MC3309 電子測速器將無刷直流電動機的轉子位置信號進行 F/V 轉換，形成轉速反饋信號，即可構成轉速閉環調節系統。外接 6 個功率開關器件組成三相逆變器，就可驅動三相永磁無刷直流電機，控制器電路構成，如圖 1 所示，圖中 S1 控制電機轉向，S2 控制系統起停，S3 選擇系統開環或閉環運行，S4 控制系統制動，S5 選擇轉
子位置檢測信號為 60°或 120°方式，S6 控制系統的復位。電位器 RP1 用以設定所需電機轉速，發光二板管 L1 用作故障
指示，當出現不正常的位置檢測信號、主電路過流、3種欠電壓之壹（芯片電壓低於9.1V，驅動電路電壓低於9.1V，基準電壓低於4.5V）、芯片內部過熱、起停端低電平時，L1發光報警，同時自動封鎖系統。故障排除後，經系統復位才能恢復正常工作。
2.2 控制原理
從電機轉子位置檢測器送來的三相位置檢測信號（SA,SB,SC）壹方面送入 ) MC33035，經芯片內部譯碼電路結合正反轉控制端、起停控制端、制動控制端、電流檢測端等控制邏輯信號狀態，經過運算後，產生逆變器三相上、下橋臂開 關器件的6路原始控制信號，其中，三相下橋開關信號還要按無刷直流電機調速機理進行脈寬調制處理。處理後的三相下橋 PWM 控制信號 （Ar ,Br, Cr）經過驅動電路整形、放大後，施加到逆變器的6個開關管上，使其產生出供電機正常運行所需的三相方波交流電流。
另壹方面，轉子位置檢測信號還送入 MC33039 經 F/V轉換，得到壹個頻率與電機轉速成正比的脈沖信號 FB。FB 通過簡單的 阻容網絡濾波後形成轉速反饋信號，利用 MC33035 中的誤差放大器即可構成壹個簡單的P調節器，實現電機轉速的閉環控制，以提高電機的機械特性硬度。實際應用中，還可外接各種 PI, PD，調節電路以實現更為復雜的閉環調節控制。
3 芯片功能
3.1 MC33035 結構組成及功能
其主要組成部分包括：
（ 1 ）轉子位置傳感器譯碼電路；
（ 2 ）帶溫度補償的內部基準電源；
（ 3 ）頻率可設定的鋸齒波振蕩器；
（ 4 ）誤差放大器；
（ 5）脈寬調制（PWM）比較器；
（ 6 ）輸出驅動電路；
（ 7 ）欠電壓封鎖保護芯片過熱保護等故障輸出；
（ 8 ）限流電路。
該集成電路的典型控制功能包括 PWM 開環速度控制，使能控制（起動或停止），正反轉控制和能耗制動控制，適當加上壹些外圍元件，可實現軟起動。
3.1.1 轉子位置傳感器譯碼電路
該譯碼電路將電動機的轉子位置傳感器信號轉換成六路驅動輸出信號，三路上側驅動輸出和三路下側 驅動輸出。它適合於集電極開路的霍爾集成電路或光耦合電路等傳感器。輸入端腳 4、5、6 都設有提升電阻，輸入電路分 TTL 電路電平兼容，門檻電壓為2.2V。該集成電路適用於傳感器相位差為,60°、120°、240°、300° 四種情況的三相無刷電動機。由於 3 個輸入邏輯信號，可有 8 種邏輯組合。其中 6 種正常狀態決定了電動機 , 個不同位置狀態。其余 2 種組合對應於位置傳感不正常狀態，即 3 個信號線開路或對地短路狀態，此時腳 14 將輸出故障信號（低電平）。
用腳 3 邏輯電平來確定電動機轉向。當腳 3 邏輯狀態改變時，傳感器信號在譯碼器內將原來的邏輯狀態改變成非，再經譯碼後，得到反相序的換向輸出，使電動機反轉。電動機的起停控制由腳 7 使能端來實現。當腳 7 懸空時，內部有電流源使驅動輸出電路正常工作。若腳 7 接地，3 個上側驅動輸出開路（1 狀態），3 個下側驅動輸出強制為低電平（ 0 狀態），使電動機失去激勵而停車，同時故障信號輸出為零。
當加到腳 23 上的制動信號為高電平時，電動機進行制動操作。它使 3 個上側驅動輸出開路，下側 3 個驅動輸出為高電平，外接逆變橋下側 3 個功率開關導通，使電動機 3 個繞組端對地短接，實現能耗制動。芯片內設壹個四與門電路，其輸入端是腳 23 的制動信號和上側驅動輸出 3 個信號，它的作用是等待 3 個上側驅動輸出確實已轉變為高電平狀態後，才允許 3 個下側驅動輸出變為高電平狀態，從而避免逆變橋上下開關出現同時導通的危險，其控制真值表，如表1示。
3.1.2 誤差放大器