电机（十二）——有刷直流电机

lidenghui

一、简介


继电机（一）分类后，就很少谈及有刷直流电机，更多的关注再永磁同步电机上。有刷直流相对而言控制比较简单，但目前仍有不少场景上依旧在使用。

有刷直流电机是一种直流电机，有刷电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。由于电刷和换向器的存在，有刷电机的结构复杂，可靠性差，故障多，维护工作量大，寿命短，换向火花易产生电磁干扰。【来源：360】

二、基础模型及方程


有刷直流电机的转矩负载、转速、电机电流的关系为：当转矩负载为零时，电机以最大转速旋转，当施加转矩负载时，转速会与转矩负载的大小成反比下降；当转矩负载为零时，电机电流最小，电机电流会与转矩负载成比例地增加，当转速为零时，电机电流最大。

很成熟的数学模型及解释：【来源：维祥商城】

“

基于有刷直流电机连接电源后的等效电路，各关系用公式来表示如下。



添加图片注释，不超过 140 字（可选）

Ea：电源电压

Ia：电机电流

R：电机的等效电阻

L：电机的等效电感

Ec：电机的发电电压

在该等效电路中的DC关系为：Ea＝Ia×R＋Ec ……（1）

另外，由于电机的发电电压Ec与转速成反比，因此可以表达为：Ec＝Ke×N ……（2）

※N：转速 [rpm]，Ke：反电动势常数 [V/rpm]

此外，由于电机转矩T [N.m]与电机电流成正比，因此可以表达为：T＝Kt×Ia ……（3）　

※Kt：转矩常数 [N.m/A]

将公式（1）～（3）代入，整理后导出转速N和转矩T之间的关系：N＝Ea/Ke－R/（Kt×Ke）×T ……（4）

将公式（4）中转速N与转矩T之间的关系（T-N特征）和公式（3）中转矩T与电流I之间的关系（T－I特性），绘图表示如下：



添加图片注释，不超过 140 字（可选）

"[来源：唯祥商城]

电枢电压平衡方程：



添加图片注释，不超过 140 字（可选）

转矩平衡方程：



添加图片注释，不超过 140 字（可选）

这些公式同上式。


三、实际应用


1.转速估算，由模型进行转矩估算

假设进入了平衡状态

（1）N~（占空比，电流）【假设常规固定参数：反电动势常数，电机等效电阻，转矩常数，电源电压】

（2）N~（负载转矩，电流）【转动惯量,...】

2.电流限制

标定MAP【I,t】

设定模糊区间【I1,I2】

参数变化50%-100%【可参考PMSM的参数变化标定进行】

改变PWM，需要进行反馈后调整

mqh0386

有刷直流电机是一种经典的直流电机类型，其工作原理基于直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电磁转矩使电机旋转。该电机结构包含主磁极、电刷、电枢绕组和换向器等关键部分。

有刷直流电机的基础模型涉及电机的电磁过程、转矩产生及与负载的关系。电机的转速与电流大小有关，通常电流增大，转速也相应增加。同时，电机转矩与电流及负载有关，以满足转矩平衡方程。

然而，由于有刷直流电机的结构复杂性，其可靠性较低，故障率较高，维护相对困难。与永磁同步电机等其他电机类型相比，有刷直流电机在现代应用中的使用逐渐减少。但在某些特定场合，如某些工业设备和老式电子设备中，有刷直流电机依旧发挥着重要作用。

sxq0201

有刷直流电机是一种经典的直流电机类型，其工作原理基于直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电磁转矩使电机旋转。该电机结构包含主磁极、电刷、电枢绕组和换向器等关键部分。

有刷直流电机的基础模型涉及电磁转矩、转速和电机电流之间的关系。其中，电磁转矩是电机输出的关键参数，与电机电流和主磁场强度有关。转速则受到负载、电机电流以及电机内部机械特性的影响。而电机电流则是控制电磁转矩和电机转速的关键参数。

然而，由于有刷直流电机的结构复杂，存在可靠性差、故障多、维护工作量大和寿命短等问题，实际应用中需要考虑其维护成本和运行可靠性。因此，在选择电机类型时，需综合考虑各种因素，包括应用场景、成本和维护要求等。