直流電機(jī)
 
基礎(chǔ)
基本配置
永磁直流有刷電機(jī)（PMDC電機(jī)）由位于定子的永磁體和位于轉(zhuǎn)子的繞組所組成。
繞組線圈末端與換向器片連接，與靜止電刷產(chǎn)生滑動(dòng)接觸。電刷越過電機(jī)端子連接至直流供電電壓。
旋轉(zhuǎn)方向的改變可以通過電壓極性的反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。
通過線圈的電流在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁極，與永磁體的兩極相互作用。為了使產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持在同一方向，當(dāng)轉(zhuǎn)子北極經(jīng)過定子南極時(shí)，電流必須換向。
由于滑動(dòng)接觸分為多個(gè)片段，這些分段的滑環(huán)被稱為換向器。左圖顯示轉(zhuǎn)子繞組電流換向之前的角位置，右圖顯示轉(zhuǎn)子繞組電流換向之后的角位置。
 
為了產(chǎn)生更恒定的轉(zhuǎn)矩，真正的直流電機(jī)擁有兩個(gè)以上的繞組和整流片。
下圖顯示了一個(gè)五段式設(shè)計(jì)（HC685LG）
 永磁材料由彈簧固定（NF213G） 這是規(guī)格為#200的JE永磁直流電機(jī)的分解圖。
換向器片是由銅做成的。上面這種電機(jī)有3個(gè)片段。
電刷是由貴金屬（金屬指型葉片電刷）或碳（石墨電刷）做成的。
貴金屬電刷的特點(diǎn)：
- 用于低電壓連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
- 接觸電阻比石墨電刷低，從而降低電壓。
- 比石墨電刷的電磁噪聲低。
- “金屬指型葉片電刷”的設(shè)計(jì)—電刷分為若干細(xì)的指形，能夠與換向器片更好地接觸。
石墨刷的特點(diǎn)：
- 用于高功率、高速度、高頻率起動(dòng)、高壽命及高電壓。
- 碳葉片或碳籠電刷設(shè)計(jì)（滿足特別高的壽命要求）。
 碳葉片電刷和金屬指狀葉片電刷（右）  碳籠電刷：
電刷偏移/旋轉(zhuǎn)方向
就永磁體而言，電刷會(huì)產(chǎn)生小角度移動(dòng)（電刷偏移）。
T這可能對(duì)一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)有利，而另一個(gè)方向會(huì)有較高的火花產(chǎn)生率和較差的表現(xiàn)。
在旋轉(zhuǎn)有利的方向上失速轉(zhuǎn)矩會(huì)更小，而****效率點(diǎn)會(huì)更高。 德昌電機(jī)根據(jù)客戶的應(yīng)用要求提供偏移或無偏移（零導(dǎo)向）兩種選擇。現(xiàn)存的德昌電機(jī)電機(jī)編碼設(shè)計(jì)為偏移和無偏移兩種，必須在新的運(yùn)用之前進(jìn)行核對(duì)。
永磁體
圓睿鑫電子提供三種基本類型的磁體：
- 塑料（橡膠）磁體：粘在電機(jī)殼上。
- 干、濕壓制磁體：由彈簧分段支持或膠粘。比塑料磁體電機(jī)磁性強(qiáng)。
- 稀土磁體：用于高轉(zhuǎn)矩和高效率。
轉(zhuǎn)子層疊薄鐵片
繞組放置在槽中，圍繞著轉(zhuǎn)子硅鋼片。為了減少渦流損耗，轉(zhuǎn)子使用的是薄鋼片，（層疊薄鐵片）相互之間放置絕緣片。
保磁圈
圓睿鑫電機(jī)在電機(jī)殼上增加了一個(gè)軟鐵片，它減少了磁路電阻，并且提高了電機(jī)性能。
端蓋
圓睿鑫電機(jī)提供了兩種類型的端蓋：
- 金屬（插入塑料刷架）
- 為軸襯提供更好的散熱（高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)）
- 可壓入滾珠軸承
- 能更好地屏蔽電磁干擾噪音。
- 塑料
電磁干擾噪音的抑制
在電刷從一個(gè)轉(zhuǎn)換器片轉(zhuǎn)換到另一個(gè)轉(zhuǎn)換器片時(shí)，有刷直流電機(jī)時(shí)將產(chǎn)生電磁干擾的噪音。
電機(jī)提供的電壓、電流、速度越高時(shí)，它所產(chǎn)生的噪音越大。這種噪音的產(chǎn)生也取決于轉(zhuǎn)換器片數(shù)（相鄰的轉(zhuǎn)換器片之間有壓降）。
噪音通過兩個(gè)途徑傳播：
噪音必須根據(jù)管理和標(biāo)準(zhǔn)來限制。為此，德昌電機(jī)能夠進(jìn)行許多測試并采取多種噪音抑制措施。基于這些測試，對(duì)于所有的顧客裝置，更好地說明其是可以被應(yīng)用的。
除了采用絞合線和屏蔽線等措施，還可以選擇使用數(shù)種抑制原件。
 壓敏電阻  電容  電容器  壓敏電阻+電容  電容器+電抗器
電容可以嵌入＃300里面，但不能嵌入＃200里面。 2個(gè)電容器和2個(gè)電抗器，可嵌入在＃600內(nèi)（金屬端蓋）。
性能
 |
U = I • R + U
Ui ... 繞組感應(yīng)電動(dòng)勢（反電動(dòng)勢）
Ui = k • ω (ω … 角速度, ω = 2 • π • n) |
轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生: T = k • I
轉(zhuǎn)矩系數(shù)k取決于電機(jī)設(shè)計(jì)的特征（繞組匝數(shù)、永久磁體強(qiáng)度、氣隙距離、轉(zhuǎn)子直徑、轉(zhuǎn)子長度）。
這是固定設(shè)計(jì)，但是由于電機(jī)制造公差不同而多樣化。
此外，還有一個(gè)溫度的影響（隨著溫度上升，磁場強(qiáng)度降低，K也變低）。
直流電機(jī)的基本公式為：
ω = U/k – R/k2 • T
公式表明，在無負(fù)載條件下速度達(dá)到最高，隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的上升，速度降低。
損耗和效率
空載功率損耗：
軸承和電刷的摩擦損耗、磁滯和渦流損耗。這些損耗必須由空載轉(zhuǎn)矩和空載電流補(bǔ)償。同時(shí)也有繞組的空載電流損耗； IO2 x R.
負(fù)載損耗：
當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩上升時(shí)，電流和繞組電流損耗也增加。
當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)繞組電流達(dá)到****：****功率損耗 = U2 / R
在效率****點(diǎn)，機(jī)械功率/電功率的****比率=機(jī)械功率 / (U • I).
該點(diǎn)效率大約是 η = (1 - √ 輸出電流/靜止電流)2
在輸出機(jī)械功率****點(diǎn)，速度是空載速度的一半。
輸出功率的****機(jī)械功率不低于 U2 / 4 R。.
壽命
直流電機(jī)的壽命受電刷磨損的限制，它取決于
- 速度（換向器表面速度）
- 電流負(fù)載（平均電流和峰值，起始/靜止頻率）
- 電刷配置，電刷材料（見上文）和換向器設(shè)計(jì)
圓睿鑫電機(jī)的典型直流電機(jī)壽命范圍是300小時(shí)（小馬達(dá)）到大約2000小時(shí)（較大的電機(jī)尺寸、籠刷，相當(dāng)?shù)偷妮敵龉β蔬B續(xù)運(yùn)行）。
性能曲線
制造公差
在批量生產(chǎn)中，電機(jī)存在制造公差。
空載轉(zhuǎn)速的公差規(guī)定為+-10%，但是一般都比這個(gè)低。
額定工況點(diǎn)
額定工況點(diǎn)（額定轉(zhuǎn)矩）通常定義為持續(xù)的負(fù)載循環(huán)。但是電機(jī)也可以設(shè)計(jì)為低負(fù)載循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)型或額定工作點(diǎn)下的短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)型，特別是高速電機(jī)。
額定點(diǎn)設(shè)置為****效率或在****效率和****輸出功率之間。
低負(fù)載循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)允許高轉(zhuǎn)矩負(fù)載（過載）
容許過載受繞組溫升限制
如果電機(jī)攜帶高電流（低壓、厚線圈設(shè)計(jì)）也會(huì)受到換向器/電刷影響。
散熱片（金屬支架上或變速箱上的金屬法蘭）能增加負(fù)載率。
電機(jī)升溫后的性能表現(xiàn)
電機(jī)的溫升可能是以下原因?qū)е?/p>
- 一段時(shí)間運(yùn)行后的電機(jī)損耗帶來的自身溫度升高。
- 周圍溫度的升高
這有兩種結(jié)果：
- 永磁材料的磁場強(qiáng)度減少 - 導(dǎo)致更高的空載轉(zhuǎn)速
- 繞組阻抗增加-導(dǎo)致更低的失速電流
兩種結(jié)果都能降低失速轉(zhuǎn)矩。
減少供電電壓后的性能表現(xiàn)
速度曲線隨電壓按比例衰減。反之亦然，也隨著電壓上升而上升（但是要考慮到會(huì)減少電機(jī)的使用壽命甚至是電機(jī)的熱超載）。
這在50%的電壓上升/下降限度內(nèi)有效。
高壓直流電機(jī)（HVDC）
高壓直流電機(jī)可以連接到120V或230伏的主電源交流電壓。德昌電機(jī)擁有獨(dú)特技術(shù)以進(jìn)行相應(yīng)的電機(jī)部件設(shè)計(jì)，特別是換向器組件的設(shè)計(jì)。
需要換向器將交流轉(zhuǎn)換為直流。
它被裝置在電機(jī)內(nèi)部（如果空間足夠）或外部。
使用轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行雙向操作。
高壓直流電機(jī)在很多情況下可以替代普通電機(jī)。優(yōu)勢在于減少了銅的使用量（用永磁材料替代了定子勵(lì)磁繞組）和重量更輕。
了解更多
編碼器
編碼器（傳感器）可以在電機(jī)內(nèi)部運(yùn)行或安裝在電機(jī)后面。
它們用于精確的速度控制或角位置控制。典型應(yīng)用：打印機(jī)和掃描儀。
不同的選項(xiàng)有：
- 光學(xué)編碼器
- 霍爾效應(yīng)電磁傳感器
- 解析器
圓睿鑫電機(jī)提供了數(shù)種光學(xué)編碼器的系列產(chǎn)品。
基本原理是：
電機(jī)軸帶動(dòng)槽輪或黑色/透明的圖片打印帶進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
一個(gè)感光器根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來提供一個(gè)正弦波或脈沖模式。
輸出信號(hào)可以是模擬的(0...3.3伏交流電) 或數(shù)字的(0...3.3 伏交流電 或 0...5伏交流電)。
一個(gè)或兩個(gè)信號(hào)周相移動(dòng)90°（可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向的檢測，允許4倍分辨率）。
  
分辨率有幾種選擇。術(shù)語：CPR (每轉(zhuǎn)計(jì)數(shù))和LPI (每英寸行數(shù))。
例如：
 帶編碼器槽輪的HC385MG
（CPR=48;一個(gè)信號(hào)，正弦波0 ...3.3伏交流電）  帶照片印刷輪的NF123G
（CPR=32;兩個(gè)信號(hào)，正弦波0 ...3.3伏交流電）
|
