51微控制器之直流電機實驗

2021-09-23 01:53:24 字數 3790 閱讀 5645

1、直流電機的基本模型

下圖為一台最簡單的兩極直流電機模型,它的固定部分(定子)為兩個靜止的磁極n、s;旋轉部分**子)為電樞線圈abcd,線圈的首端和末端分別接到兩個相互絕緣的圓弧形的換向片上。換向片與一對靜止的電刷b1、b2接觸,b1接電源正極,b2接電源負極。電樞旋轉時,電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。

2、直流電動機的工作原理

直流電動機的工作原理歸結如下:

將直流電源通過電刷接通電樞繞組,使電樞導體有電流流過。

電機內部有磁場存在。

載流的轉子(即電樞)導體將受到電磁力 f 的作用

所有導體產生的電磁力作用於轉子,使轉子以n**/分)旋轉,以便拖動機械負載。

3、直流電機的結構

電機 包括定子(電磁部分,機械部分)和轉子(機械部分,電磁部分 )

定子的主要部件包括:直流電機的定子由主磁極機座換向極端蓋電刷裝置等部件組成。

主磁極主磁極的作用是建立主磁場。絕大多數直流電機的主磁極不是用永久磁鐵而是由勵磁繞組通以直流電流來建立磁場。主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組構成。主磁極鐵心靠近轉子一端的擴大的部分稱為極靴,它的作用是使氣隙磁阻減小,改善主磁極磁場分布,並使勵磁繞組容易固定。為了減少轉子轉動時由於齒槽移動引起的鐵耗,主磁極鐵心採用1~1.5mm的低碳鋼板沖壓一定形狀疊裝固定而成。主磁極上裝有勵磁繞組,整個主磁極用螺桿固定在機座上。主磁極的個數一定是偶數,勵磁繞組的連線必須使得相鄰主磁極的極性按 n,s 極交替出現。

機座——機座有兩個作用,一是作為主磁極的一部分,二是作為電機的結構框架。 機座中作為磁通通路疊部分稱為磁軛。機座一般用厚鋼板彎成筒形以後焊成,或者用鑄鋼件(小型機座用鑄鐵件)製成。機座的兩端裝有端蓋。

換向極——換向極是安裝在兩相鄰主磁極之間的乙個小磁極,它的作用是改善直流電機的換向情況,使電機執行時不產生有害的火花。換向極結構和主磁極類似,是由換向極鐵心和套在鐵心上的換向極繞組構成,並用螺桿固定在機座上。換向極的個數一般與主磁極的極數相等,在功率很小的直流電機中,也有不裝換向極的。換向極繞組在使用中是和電樞繞組相串聯的,要流過較大的電流,因此和主磁極的串勵繞組一樣,導線有較大的截面。

端蓋—— 端蓋裝在機座兩端並通過端蓋中的軸承支撐轉子,將定轉子連為一體。同時端蓋對電機內部還起防護作用。

電刷裝置——電刷裝置是電樞電路的引出(或引入)裝置,它由電刷,刷握,刷杆和連線等部分組成,下圖所示,電刷是石墨或金屬石墨組成的導電塊,放在刷握內用彈簧以一定的壓力按放在換向器的表面,旋轉時與換向器表面形成滑動接觸。刷握用螺釘夾緊在刷杆上。每一刷杆上的一排電刷組成乙個電刷組,同極性的各刷杆用連線連在一起,再引到出線盒。刷杆裝在可移動的刷杆座上,以便調整電刷的位置。

直流電機的轉動部分稱為轉子,又稱電樞。轉子部分包括電樞鐵心電樞繞組換向器轉軸軸承風扇等。

電樞鐵心—— 電樞鐵心既是主磁路的組成部分,又是電樞繞組支撐部分;電樞繞組就嵌放在電樞鐵心的槽內。為減少電樞鐵心內的渦流損耗,鐵心一般用厚0.5mm且衝有齒、槽的型號為dr530或dr510的矽鋼片疊壓夾緊而成,如下圖所示。小型電機的電樞鐵心衝片直接壓裝在軸上,大型電機的電樞鐵心衝片先壓裝在轉子支架上,然後再將支架固定在軸上。為改善通風,衝片可沿軸向分成幾段,以構成徑向通風道。

電樞繞組——電樞繞組由一定數目的電樞線圈按一定的規律連線組成,他是直流電機的電路部分,也是感生電動勢,產生電磁轉矩進行機電能量轉換的部分。線圈用絕緣的圓形或矩形截面的導線繞成,分上下兩層嵌放在電樞鐵心槽內,上下層以及線圈與電樞鐵心之間都要妥善地絕緣(下圖),並用槽楔壓緊。大型電機電樞繞組的端部通常緊扎在繞組支架上。

換向器——前面已經指出,在直流發電機中,換向器起整流作用,在直流電動機中,換向器起逆變作用,因此換向器是直流電機的關鍵部件之一。換向器由許多具有鴿尾形的換向片排成乙個圓筒,其間用雲母片絕緣,兩端再用兩個v形環夾緊而構成,如下圖所示。每個電樞線圈首端和尾端的引線,分別焊入相應換向片的公升高片內。小型電機常用塑料換向器,這種換向器用換向片排成圓筒,再用塑料通過熱壓製成。

直流電機的驅動電路電路圖為:

直流電機的驅動晶元是uln2003,uln2003是乙個單片高電壓、高電流的達林頓電晶體陣列積體電路。它是由7對npn達林頓管組成的,它的高電壓輸出特性和陰極箝位二極體可以轉換感應負載。單個達林頓對的集電極電流是500ma。達林頓管併聯可以承受更大的電流。此電路主要應用於繼電器驅動器,字錘驅動器,燈驅動器,顯示驅動器(led氣體放電),線路驅動器和邏輯緩衝器。

uln2003的每對達林頓管都有乙個2.7kω串聯電阻,可以直接和ttl或5v cmos裝置。

主要特點

* 500ma 額定集電極電流(單個輸出)

* 高電壓輸出:50v

* 輸入和各種邏輯型別相容

* 繼電器驅動器 

uln2003晶元的邏輯圖為:

當相應的b引腳輸入1時,對應的c引腳輸出0,而當 相應的b引腳輸入0時,對應的c引腳輸出1.

實際物理連線圖如下:

示例程式如下:

#include "reg52.h"

sbit motor = p1^0;

typedef unsigned char u8;

typedef unsigned int u16;

void delay(u16 x)

void main()

motor = 0; //電機最終停止

while(1) //空跑

}

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