直流电机电路原理图和励磁方式

一、什么是直流电机?

直流电机是一种重要的电机类型，它能够实现直流电能和机械能之间的互相转换。具体来说，当直流电机作为电动机运行时，它可以将直流电能转换为机械能，驱动各种设备或机械运动;而当它作为发电机运行时，则可以将机械能转换为直流电能，为设备提供电力。

直流电机的结构主要由定子和转子两大部分组成。定子部分包括主磁极、换向极、端盖和电刷装置等，主要作用是产生磁场;而转子部分则包括电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等，是直流电机进行能量转换的枢纽。

直流电机在许多领域都有广泛的应用，其特点包括转矩大、转速稳定、易于控制等。以下是一些主要的应用领域：

工业生产：直流电机在工业生产中发挥着重要作用，例如机床、风机、泵、印刷设备、冶金设备、化工设备、食品加工设备、纺织机械等设备中常采用直流电机作为动力源。

交通运输：在交通运输领域，直流电机也有广泛应用，如电动车、电动汽车、电动自行车等交通工具都采用了直流电机作为动力源。此外，在铁路、地铁、电车等运输工具中，直流电机也被用于控制车速、启动和制动。

医疗设备：直流电机在医疗设备领域也有广泛应用，如手术室、病房、诊断设备等。由于其转速可调、运行稳定、噪音低等特点，直流电机能够满足医疗设备对电机驱动的高要求。

家用电器：直流电机在家用电器领域也有广泛的应用，如洗衣机、冰箱、风扇、家庭电视、空调、吸尘器等。直流电机的高效率、低噪音和长寿命等优点使得其成为家用电器领域的理想选择。

总的来说，直流电机以其独特的性能和广泛的应用领域，在现代工业生产和日常生活中发挥着不可或缺的作用。

二、直流电机的励磁方式

直流电动机按励磁方式分类，有他励和自励两种。他励指励磁与电枢回路在电气上相独立，自励则两者有直接的电气联系。自励多应用于小功率电机，而他励方式则多应用于中、大功率电机。自励的励磁方式又包括：并励、串励、复励等，其中复励又有积复励和差复励之分。直流电机的励磁方式如下图所示：

上图中，Ia为电枢电流，Ea为电枢反电势;Ff为他励和并励方式下励磁电流;Fs为串励各复励方式下的串励电流。

图(a)为他励方式，励磁绕组与电枢绕组无联接关系，用外加电流进行励磁。其它为自励方式，与电枢绕组共用电源励磁。其中(b1)为并励方式，励磁绕组与电枢绕组共用同一直流电源，并且励磁绕组与电枢绕组呈并联关系。在性能上讲，他励与并励电机性能接近，具有较硬的机械特性，转速随负载变化小，磁通为一常值，转矩随电枢电流成正比变化。但起动转矩小于串励电机，适用于转速要求稳定，而对起动转矩无特别要求的负载。

图(b2)为串励方式。励磁线圈与电枢线圈相串联并共用电源，励磁电流即为电枢电流。串励直流电机具有软的机械特性，转速随负载的轻重变化较大，转矩近乎与电枢电流的平方成正比。起动转矩较他励、并励直流电机大，适用于要求起动转矩特别大，而对转速的稳定无要求的负载。

图(b3a)、(b3b)为复励方式，复励直流电机有复励和串励两个励磁绕组，一为与电枢并联的并励绕组，一为与电枢串联的串励绕组。若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若相反，称为差复励。复励直流电机具有并励和串励电机的“折中或复合”特点，其特性介于并励和复励电机之间。

三、直流电机电路原理图

1、直流电机速度控制电路原理图

使用定时器 IC 555和 MOSFET IRF 540 的简单电路用于直流电机速度控制，一些直流电机的RPM(每分钟转数)不适合控制直流电机速度的项目，可以使用这个简单电路。

如果您使用微控制器，则意味着您可以通过微控制器 GPIO 引脚偏置该定时器 IC，然后您可以通过改变 VR1 电阻来控制电机速度。

直流偏压12伏直接馈入直流电机并经R1电阻限制后施加到定时器IC 555，控制电压引脚5不与任何元件连接，定时元件VR1、C2连接在引脚7和阈值之间，触发引脚，输出从引脚 3 取出并与 MOSFET 的栅极端子连接。二极管 D1 保护电机免受反电动势影响。

当我们给这个电路供电时，定时器IC根据VR1和c2元件在引脚3产生定时脉冲，该定时脉冲控制MOSFET，从而控制通过MOSFET连接的电机，IC 555输出的脉冲控制直流电机速度，通过改变脉冲持续时间我们可以控制直流电机的速度。

2、H桥驱动直流电机电路原理图

H桥是驱动直流电机比较常用的一种的电路，由于它的电路形状看上去类似字母H,故得名叫“H桥”。它是由4个三级管或4个MOS管组成垂直的4条腿，而直流电机就是“H”中间的一横;可以看到下图，就是一个H桥驱动直流电机电路。

我们现在来分析下，上图的H桥驱动直流电机的工作原理：

首先如果想电机正转，对角：Q24，PNP三级管给低电平导通后，直流电机正极供电，Q25，NPN三级管给高电平导通，直流电机负极端接地，同时Q20，PNP三极管给高电平截止，Q19,NPN三极管给低电平截止，此时电机正转。

如果想电机反转，对角：Q20，PNP三级管给低电平导通后，直流电机负极供电，Q19，NPN三级管给高电平导通，直流电机正极端接地，同时Q24，PNP三极管给高电平截止，Q25,NPN三极管给低电平截止，此时电机反转。

可以看到每个三级管集电极和发射极都并了二极管，此二极管作用是：吸收直流电机自感电动势，保护开关三级管。

需要注意的是：4个三级管不能出现同时工作在导通状态，否则电路会短路烧坏电路。也就是在切换电机正反转时，要留有一定的死区时间。