直流有刷電機驅動及編碼器實驗(1)

2021-02-13 細推物理君

 1 學習目標

通過完成本項目，你可以獲得以下能力：

直流有刷電機的基本原理和驅動方法

增量式編碼器的原理與使用方法

數據採集和分析

基於編碼器的電機速度計算

設計報告的撰寫


直流電動機是一種將電流轉換成旋轉運動的執行部件，如上圖所示，左側為電動機旋轉輸出軸，右側紅色和黑色電線為直流有刷電機的兩個接線端，在兩個端子之間施加電壓時，將驅動電動機軸旋轉。

如上圖直流有刷電機的運動是基於電磁感應原理設計的，電動機內部主要由轉子和定子組成，和輸出軸連接的轉子是運動部件，定子是靜止部件，定子和轉子同時使用永磁體和電磁體。根據電動機的類型，定子可以是永磁體，轉子可以是電磁體，反之亦然。詳細原理可參考下面二維碼中的視頻。

       直流有刷電機包含正傳、反轉、制動和惰行四種運動狀態。假設電源正極連接紅色接線端、負極連接黑色接線端時為電機正轉。那麼電源正極連接黑色接線端、負極連接紅色接線端時電機就會反轉。當紅色接線端和黑色接線端直接相連時為制動狀態。當兩個接線端懸空時為惰行狀態。

直流電動機本身也可以作為發電機使用，當輸出軸旋轉時，電動機就可以發電，把一個LED連接到電動機的接線端上，然後用手旋轉輸出軸，LED就會被點亮（如果沒被點亮可以嘗試反向轉動輸出軸）。上述問題實驗說明，當停止向電動機提供電流後，電動機會因為慣性繼續轉動，這個轉動會產生反向電壓，反向電壓可能會破壞電機驅動電路和控制電路，因此需要設置保護電路進行保護，利用一個二極體就可以使反向電壓通過二極體，從而保護其它電路，具體實現方法見下期！

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  • 關於有刷直流電機,你需要了解這些
    有刷電機就開始沒落，但它依然是低成本應用的可靠選擇。幾十年來，直流電機理論和與應用的課程幾乎是所有工科專業的標準課程，這些課程包含全面的小型和大型電動機實驗室課程。     由於使用MOSFET和IGBT作為電機的開關及其更加實用、更加經濟可靠的控制方式，早在幾十年前，有刷電機的優勢便開始衰落。取而代之的是無刷直流(BLDC)電機及其變體，如步進電機，這些電機逐漸成為主流的直流電機。
  • 直流電機驅動電路設計
    直流電機由定子和轉子兩部分組成，其間有一定的氣隙。其構造的主要特點是具有一個帶換向器的電樞。直流電機的定子由機座、主磁極、換向磁極、前後端蓋和刷架等部件組成。其中主磁極是產生直流電機氣隙磁場的主要部件，由永磁體或帶有直流勵磁繞組的疊片鐵心構成。 直流電機的轉子則由電樞、換向器（又稱整流子）和轉軸等部件構成。其中電樞由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。
  • 淺談各種不同類型的直流電機、交流電機特點
    永磁與電磁在多數情況下是可以互換的，三相同步電機常用電磁和永磁鐵共用於轉子，感磁則用於需要有旋轉磁場的場合才能用。5. 有刷直流電機與無刷直流電機直流電機有刷和無刷區別非常之大，前面有文章介紹過，下面也會重點講下（天孚微電機主要是研發有刷直流微電機的）。
  • 微型直流電機有刷、無刷、有感無感簡介
    在電子產品驅動中，都需要微型直流電機作為核心動力，常見的微型電機有有刷直流電機、無刷直流電機之分。01有刷電機和無刷電機的結構差異有刷直流微型電機具有旋轉定子，其用作具有兩個極的電磁鐵。外殼是固定的；無刷直流微型電機使用永磁體並通過電子切換極，不像有刷直流電機一樣用電刷切換的，所以稱為「無刷電機」。
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