直流電機工作原理
直流電機是指能將直流電能轉換成機械能(直流電動機)或將機械能轉換成直流電能(直流發電機)的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。
現行的直流電機都是旋轉電樞式的,主要由轉子、定子組成。定子包括主磁極、換向磁極、電刷裝置、機座和端蓋組成;轉子上有電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉軸、軸承。顧名思義,定子就是裝在那不動的部分,產生固定的磁場;轉子,是旋轉的部分,產生變換極性的磁場。這是分析直流電機的物理模型圖。其中,固定部分有磁鐵,這里稱作主磁極;固定部分還有電刷。轉動部分有環形鐵芯和繞在環形鐵芯上的繞組。
通電導體周圍存在磁場,受到安培力(通電導線在磁場中受到的作用力)的作用,由于通過的是直流電,產生了與主磁極相反的極性,所以導體向一個方向移動。電動機轉子受力轉過180度時,電機電刷自動轉換電流方向,使轉子持續旋轉。結合玩過的磁鐵,同極性會相斥,異極性相吸,就好理解了。這就是直流電機的基本工作原理。
實現方法
電機是電流驅動的元件,需要大電流通過。傳統單片機的IO輸出口的輸出電流一般為10ma左右,現在的單片機一般20-25ma,但多個IO口加起來總電流有限制,根有的不能超200ma,有的不能超400ma。拿額定電壓12V,額定功率25W的直流電機來說,需要的工作電流就是2A,也就是2000ma。單片機的IO口的驅動能力是遠遠不夠的。所以需要借助驅動裝置來控制電機。這里我們選用的是ULN2003,是高耐壓、大電流、內部由七個硅NPN達林頓管組成的驅動芯片。在這里,只需知道ULN2003這個芯片能放大單片機IO口輸出的電流,單片機想要驅動電機,必須借助像ULN2003這樣的驅動的作用。
直流電機只有兩個端子,接線很簡單。簡單來說,一端接電源的正極,另一端接負極,就會旋轉;如果想讓電機向相反的方向旋轉只需調換一下正負極就行了。與單片機連接原理圖如下: