直流電機(direct current machine)是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成
機械能(直流電動機)或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機)的旋轉(zhuǎn)電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當(dāng)它作電動機運行時是直流電動機,將電能轉(zhuǎn)換為機械能;作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機,將機械能轉(zhuǎn)換為電能。
組成結(jié)構(gòu)
直流電機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子,定子的主要作用是產(chǎn)生磁場,由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子,其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢,是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐,所以通常又稱為電樞,由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。
定子
(1)主磁極
主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成。
鐵心一般用0.5mm~1.5mm厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成,分為極身和極靴兩部分,上面套勵磁繞組的部分稱為極身,下面擴寬的部分稱為極靴,極靴寬于極身,既可以調(diào)整氣隙中磁場的分布,又便于固定勵磁繞組。勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成,套在主磁極鐵心上。整個主磁極用螺釘固定在機座上,
(2)換向極
換向極的作用是改善換向,減小電機運行時電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的換向火花,一般裝在兩個相鄰主磁極之間,由換向極鐵心和換向極繞組組成。換向極繞組用絕緣導(dǎo)線繞制而成,套在換向極鐵心上,換向極的數(shù)目與主磁極相等。
(3)機座
電機定子的外殼稱為機座。機座的作用有兩個:
一是用來固定主磁極、換向極和端蓋,并起整個電機的支撐和固定作用;
二是機座本身也是磁路的一部分,借以構(gòu)成磁極之間磁的通路,磁通通過的部分稱為磁軛。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導(dǎo)磁性能,一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。
(4)電刷裝置
電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流
電流的。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi),用彈簧壓緊,使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸,刷握固定在刷桿上,刷桿裝在圓
環(huán)形的刷桿座上,相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上,圓周位置可以調(diào)整,調(diào)好以后加以固定。
轉(zhuǎn)子
(1)電樞鐵心
電樞鐵心是主磁路的主要部分,同時用以嵌放電樞繞組。
一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成,以降低電機運行時電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽,槽內(nèi)嵌放電樞繞組。
(2)電樞繞組
電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢,是直流電機進行能量變換的關(guān)鍵部件,所以叫電樞。它是由許多線圈(以下稱元件)按一定規(guī)律連接而成,線圈采用高強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成,不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中,線圈與鐵心之間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外,槽口用槽楔固定。線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無緯玻璃帶進行綁扎。
(3)換向器
在直流電動機中,換向器配以電刷,能將外加直流
電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流,
使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變;在直流發(fā)電機中,換向器配以電刷,能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負(fù)電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體,換向片之間用云母片絕緣。
(4)轉(zhuǎn)軸
轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用,需有一定的機械強度和剛度,一般用圓鋼加工而成。
直流電機里邊固定有環(huán)狀永磁體,電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力,當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時,再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖?,因此此時轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸,從而線圈上的電流方向也改變,產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變,所以電機能保持一個方向轉(zhuǎn)動。
直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動勢,
靠換向器配合電刷的換向作用,使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼?/div>
感應(yīng)電動勢的方向按右手定則確定(磁感線指向手心,大拇指指向?qū)w運動方向,其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的方向)。
導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩,這個力矩在旋轉(zhuǎn)電機里稱為電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向,企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩(例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩),電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。
Arduino Uno控制直流電機
其實,三年前的東西都已經(jīng)記不清楚了。研究生沒有做硬件,相關(guān)的都快看不懂了!為了讓大家看得懂程序,將總的系統(tǒng)設(shè)計思路貼出來,如下:
整個系統(tǒng)是實現(xiàn)“太陽能智能控制環(huán)保路燈控制器設(shè)計”,主要是用直流電機控制太陽能電池板轉(zhuǎn)動,確保其在每個時間段能夠?qū)崿F(xiàn)最高的發(fā)電效率,仿向日葵實現(xiàn)東西轉(zhuǎn)動。
Arduino Uno手冊上有其關(guān)于控制直流電機的詳細(xì)介紹,如果仔細(xì)閱讀,實現(xiàn)起來很簡單的。可以結(jié)合本文的系統(tǒng),對其進一步理解,則可以編寫響應(yīng)的代碼。
主程序
//#include
int pinI1=8;
int pinI2=9;
int pinI3=2;
//int pinI4=3;
int pinI5=4;
//int pinI6=5;
//int pinI7=6;
int speedin=11;
volatile int state=LOW;
void setup()
{
pinMode(pinI1,OUTPUT);
pinMode(pinI2,OUTPUT);
pinMode(pinI3,INPUT);
// pinMode(pinI4,OUTPUT);
pinMode(pinI5,OUTPUT);
// pinMode(pinI6,OUTPUT);
// pinMode(pinI7,OUTPUT);
pinMode(speedin,OUTPUT);
// myPID.SetMode(AUTOMATIC);
// attachInterrupt(0,light,HIGH);
}
void loop()
{
while(1)
{
int m=analogRead(A0);
int n=analogRead(A1);
int err,err1,err2;
int pidspeed1;
float kp=0.1 ,ki=0,kd=0;
err=m-n;
pidspeed1=(int)(err*kp-err1*ki+err2*kd);
err1=err;
err2=err1;
state=digitalRead(pinI3);
digitalWrite(pinI5,state);
if (m》n)
{
// while(1)
// {
digitalWrite(pinI1,LOW);
digitalWrite(pinI2,HIGH);
analogWrite(speedin,100+pidspeed1);
// }
// delay(2000);
}
else if(m
{
// while(1)
// {
digitalWrite(pinI1,HIGH);
digitalWrite(pinI2,LOW);
analogWrite(speedin,100-pidspeed1);
// delay(2000);
// }
}
1
else
{
// while(1)
// {
digitalWrite(pinI1,HIGH);
digitalWrite(pinI2,HIGH);
//delay(2000);
// }
}
}
}
這是我本科畢業(yè)設(shè)計的部分內(nèi)容,之前回答別人相關(guān)問題時留下了QQ號,這幾年總有人加我問相關(guān)的問題。今天也有一個本科生咨詢,趁這個機會,就把相關(guān)資料貼出來吧。
其實,三年前的東西都已經(jīng)記不清楚了。研究生沒有做硬件,相關(guān)的都快看不懂了!為了讓大家看得懂程序,將總的系統(tǒng)設(shè)計思路貼出來,如下:
12
PID算法控制程序
該部分系統(tǒng)原理圖如下,有助于理解代碼,可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同修改代碼:
int m=analogRead(A0);
int n=analogRead(A1);
int err,err1,err2;
int pidspeed1;
float kp=0.1 ,ki=0,kd=0;
err=m-n;
pidspeed1=(int)(err*kp-err1*ki+err2*kd);
err1=err;
err2=err1;
void light();
SetMotor(Output);
void SetMotor()
{
if (m》n)
{
digitalWrite(pinI1,LOW);
digitalWrite(pinI2,HIGH);
12345
analogWrite(speedin,100+pidspeed1);}
else if(m
{ digitalWrite(pinI1,HIGH);
digitalWrite(pinI2,LOW);
analogWrite(speedin,100-pidspeed1);}
12345
else
{digitalWrite(pinI1,HIGH);
digitalWrite(pinI2,HIGH);}
}
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