「DC motor control 」 1.初识直流减速电机

2019-08-08 20:09发布

这是电磁学中一个非常重要的启蒙实验:

8dc9d14dd62f481a8c2147e668416f60

据说在1820年4月21日的晚上,丹麦物理学家、化学家奥斯特在无意中接通电源的时候,发现了中间的那个小磁针微微的移动了一下, 然后停在了与导线垂直的方向上,据说他欣喜若逛,在后续的研究中,他又加大了通电的电流,那个时候用的还是伏打电池,据说一次就用了20多个,小磁针竟然神奇的移动了起来。他得出了一个结论:电真的能生磁。遗憾的是他没有再去继续的研究,有时候真的也是这样,好多伟大的发现就这样给错过了。

然后时间了到了1821年9月3日,一个电磁学中伟大的人物在历史的舞台中展露头角了,他就是法拉第。他在这个实验的基础上想:能否用电来连续的驱动一个装置呢?那这样的话,就可以用电来持续产生一个动能了,这就有可能给生产力带来质的飞越。于是电动机的雏形就此产生了:

2bfe473039d8473997df3a9c2c22627f

一种在水银杯中固定的磁铁(或固定的导线)围绕固定的通电导线(或固定的磁铁)连续旋转的装置。从现在我们的知识来看,这个原理确实也很简单了:磁铁周围会产生有个磁场,通电导线在磁场中,对于导体中的电子而言受到了洛伦兹力的作用,宏观而言就是受到了安培力的力的作用,在这个力的作用下产生了运动。这个实验中也就有了现在的电机中的定子和转子的雏形,固定有个,那么另一个运动嘛。

那么下来就是电动机的发展,完备的阶段了。1828年,物理学家阿尼斯·杰德里克制作了他发明的世界上第一台实用的电动机。

341c28835c4149f3871b778ee096c986

有线圈,定子,转子,还有换向器。虽然颜值确实丑了一点,但是和现代的基础电机也就大同小异了。

对于今天的我们,市场上的电机种类那是不胜枚举。其实电机是电动机和发电机的统称,但是现在我们习惯上把电机特指为电动机了。电动机是将电能转换为机械能的装置,也就是电能输入机械能输出的装置了。可形象的表示为:

58c49be5daf943b4828ddd2b0dd67907

电机的种类也是非常多的,我们今天要给大家介绍的是直流减速电机,

1cb591ffb1f84f79a2c4c9df602cee17

它是一种普及程度很高,应用范围广的一种电机了。特别是在创客制作,机器人,机器车,总之在弱电领域,直流减速电机作为执行器它的应用范围是极其广泛的。

它的内部是怎么样子的呢?看图:

962d4e82ebcb47f79cf83f7695785971

其实说白了和阿尼斯·杰德里克制作的世界第一台电动机也没有什么区别,就是更精细化了。

结合这个图,说说电机中几个高频词汇:

定子:这个图中的磁铁,在电机中不会运动的部分

转子:这个图中的线圈,在电机中旋转的部分

线圈:就是很薄的绝缘套管的导线,就是转子上那个一圈一圈绕着的那些线,通常线圈也叫作绕组

刷子:只有转子有线圈才存在。刷子是一对小的静止部件,它们在线圈的转子(通过换向器)之间进行电接触,并通过摩擦使电源接通,使转子能够旋转。

换向器:只有转子有线圈时才存在。转子上的导电部件交替地与电刷接触。每对换向器连接到转子上的一对线圈。

电枢:铁质材料,其周围缠绕绕组或线圈。

几个标称的铭牌数据:

空载:就是没有接任何的负载

额定负载:在额定电压下,能够使电机的电流为额定电流下的负载为额定负载。

输出功率:这个由负载决定。从电机输入的电流也可以看出,空载时,电机的电流小。说明电机输出也小。(小于定功率)。 电机的输出,随负载的改变而改变。其过程如下:

当负荷增加,阻力矩增加,引起转速降低,电机转子和旋转磁场的转速差变大,引起输入电流变大,电机功率上升。

相反,当负荷减小,阻力矩减小,引起转速升高,电机转子和旋转磁场的转速差变小,引起输入电流变小,电机功率下降。

堵转:电机在转速为0转时仍然输出扭矩的一种情况。一般为负载过大。这种现象最好不要发生。

对于直流减速电机的控制,我们主要是控制它的两个量:一个是速度,有个是方向。具体的控制原理我们将在后需的文章中陆续给大家详细的讲解。