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NBCPIC-V2.0—直流电机部分 北方蓝芯科技开发有限公司 NBCPIC-V2.0 使用手册 目 录 直流电机原理3 EX10.1、直流电机调速5 2 北方蓝芯科技开发有限公司 NBCPIC-V2.0 使用手册 直流电机原理 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反 向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，高性能交流调速技术发展很快，交流调速系统有 逐步取代直流调速系统的趋势。然而，直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且 从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，应该首先很好地掌握直流拖动控制系 统。 从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统(伺服 系统)、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现 的，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。 直流电机的物理模型图 图中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环 形铁心上的绕组。(其中2 个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的)。 上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的 静止的主磁极N 和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁 心上放置了由A 和X 两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上， 此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上， 换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1 和B2，当电枢旋转时， 电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。 当给电刷加一直流电压，绕组线圈中就有电流流过，由电磁力定律可知导体会受到电磁力作用。 导体处于N 极下与电刷A 接触电流向里流，产生电磁力矩为逆时针；导体处于S 极下与电刷B 接触 电流向外流，产生电磁力矩仍为逆时针。转子在该电磁力矩作用下开始旋转。 直流电动机转速和其它参量之间的稳态关系可用表示为: n=(U-IR)/Kφ 式中 n—转速（r/min）; U—电枢电压（V）； I—电枢电流（A）； R—电枢回路总电阻（Ω ）； φ—励磁磁通（Wb）； K—由电机结构决定的电动势常数。 由式可以看出，调节电动机的转速有三种方法： 1）调节电枢供电电压 。 2）减弱励磁磁通 。 3）改变电枢回路电阻 。 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电 阻只能实现有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在 基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。 3 北方蓝芯科技开发有限公司 NBCPIC-V2.0 使用手册 我们常提到的PWM 控制也就是用来调节电压波形的常用方法，这里我们也就是用PWM 控制来进 行电机转速调节的。通过单片机输出一定频率的方波，方波的占空比大小绝对平均电压的大小，也 决定了电机的转速大小。 PWM 调制原理 脉冲宽度调节（PWM）是英文Pulse Width Modulation 的缩写，简称脉宽调制。它是利用微控 制器输出的数字信号来控制模拟电路的 ON 或OFF，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许 多领域。 PWM 信号只有两种状态，高电平和低电平，对于一个给定的周期来说，高电平所占的时间和总 的一个周期时间之