1、 - 1 - 1 设计说明 1.1 直流电机概述 18 在电气时代的今天,电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无 论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天中，还是日常生活的家用电器中，都大 量地使用着各种各样的电动机。据资料统计，现在有 90%以上的动力源来自于电动机， 我国生产的电能大约有 60%用于电动机。电动机与人们的生活息息相关，密不可分。而 直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动 机一直占据着调速控制的统治地位。 由于它具有良好的线性调速特性， 简单的控制性能， 较高的效率，优异的动态特性；尽管近年来不断受到其他电动机（如交流变
2、频电动机、 步进电动机等） 的挑战， 但到目前为止， 它仍然是大多数调速控制电动机的最优先选择。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化。随着计算机进入控制领 域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉 冲调制（PWM）控制方式已成为绝对主流。这种控制方式很容易在单片机控制中实现， 从而为直流电动机控制数字化提供了契机。 图 1 是一个最简单的直流电动机模型。在一对静止的磁极 N 和 S 之间，装设一个可 以绕 Z-Z轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面装有矩形的线圈 abcd。这个转动的部分通 常叫做电枢。线圈的两端 a 和 d 分别接到叫做换向片的两
3、个半圆形铜环 1 和 2 上。换向 片 1 和 2 之间是彼此绝缘的，它们和电枢装在同一根轴上，可随电枢一起转动。A 和 B 是两个固定不动的碳质电刷，它们和换向片之间是滑动接触的。来自直流电源的电流就 是通过电刷和换向片流到电枢的线圈里。 图 1：直流电动机模型 当电刷 A 和 B 分别与直流电源的正极和负极接通时，电流从电刷 A 流入，而从电刷 B 流出。这时线圈中的电流方向是从 a 流向 b，再从 c 流向 d。我们知道，载流导体在磁 场中要受到电磁力，其方向由左手定则来决定。 当电枢转到使线圈的ab边从N极下面进入S极，而cd边从S极下面进入N极时，与线圈 a端联接的换向片1跟电刷B接
4、触，而与线圈d端联接的换向片2跟电刷A接触，如图2（b） 所示。这样，线圈内的电流方向变为从d流向c，再从b流向a，从而保持在N极下面的导 - 2 - 体中的电流方向不变。因此转矩的方向也不改变，电枢仍然按照原来的反时针方向继续 旋转。 由此可以看出， 换向片和电刷在直流电机中起着改换电枢线圈中电流方向的作用。 图2：换向器在直流电机中的作用 1.2 系统工作过程 图 3 为系统原理总框图，总体方案确定后，经过一段时间的设计流程，流程图如图 4 所示： 搜索资料 原理分析 应用 Protel 制作原理图 将原理图转换成 PCB 装配元件，进行焊接，完成实物 应用 KEIL C51 编写程序，进行调试 完成设计目标 图 3：系统设计流程 系统的连接情况：ST89C52 单片机的 P0 口连接数码管的 a-h、P1.0-P1.3 连接数码 管的四个位选端，P1.4，P1.5 连接 H 桥 PWM 功率放大电路的两端、系统的工作工作： （1）按加速控制键，电机转速加快。 （2）按减速控制键，电机转速减慢。 - 3 - 1.3 系统资源 单片机直流电机调速系
