在当代电子产品中，自动掌握系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的运用。大家熟习的录音机、电唱机、录相机、电子打算机等，都不能短缺直流电机。以是直流电机的掌握是一门很实用的技能。本文将详细先容各种直流电机的掌握技能。
直流电机，大体上可分为四类：
第一类为有几相绕组的步进电机。这些步进电机，外加适当的序列脉冲，可使主轴迁徙改变一个精密的角度(常日在1.8°--7.5°之间)。只要施加得当的脉冲序列，电机可以按照人们的预定的速率或方向进行连续的迁徙改变。
步进电机用微处理器或专用步进电机驱动集成电路，很随意马虎实现掌握。例如常用的SAAl027或SAAl024专用步进电机掌握电路。
步进电机广泛用于须要角度迁徙改变精确计量的地方。例如：机器人手臂的运动，高等字轮的字符选择，打算机驱动器的磁头掌握，打印机的字头掌握等，都要用到步进电机。
第二类为永磁式换流器直流电机，它的设计很大略，但利用极为广泛。当外加额定直流电压时，转速险些相等。这类电机用于录音机、录相机、唱机或激光唱机等固定转速的机器或设备中。也用于变速范围很宽的驱动装置，例如：小型电钻、模型火车、电子玩具等。在这些运用中，它借助于电子掌握电路的浸染，使电机功能大大加强。
第三类是所谓的伺服电机，伺服电机是自动装置中的实行元件，它的最大特点是可控。在有掌握旗子暗记时，伺服电机就迁徙改变，且转速大小正比于掌握电压的大小，撤除掌握旗子暗记电压后，伺服电机就立即停滞迁徙改变。伺服电机运用甚广，险些所有的自动掌握系统中都须要用到。例如测速电机，它的输出正比于电机的速率；或者齿轮盒驱动电位器机构，它的输出正比于电位器移动的位置．当这类电机与适当的功率掌握反馈环合营时，它的速率可以与外部振荡器频率精确锁定，或与外部位移掌握旋钮进行锁定。
唱机或激光唱机的转盘常用伺服电机。天线迁徙改变系统，遥控模型飞机和舰船也都要用到伺服电机。
末了一类为两相低电压互换电机。这类电机常日是直流电源供给一个低频振荡器，然后再用低频低压的互换去驱动电机。这类电机偶尔也用在转盘驱动机构中。
电机事情事理
1. 步进电机的基本事情事理
步进电机有两种基本的形式：可变磁阻型和混和型。步进电机的基本事情事理，结合图1的构造示意图进行阐述。
图1是一种四相可变磁阻型的步进电机构造示意图。这种电机定子上有八个凸齿，每一个齿上有一个线圈。线圈绕组的连接办法，是对称齿上的两个线圈进行反相连接，如图中所示。八个齿构成四对，以是称为四相步进电机。
它的事情过程是这样的：当有一相绕组被勉励时，磁通从正相齿，经由软铁芯的转子，并以最短的路径流向负相齿，而其他六个凸齿并无磁通。为使磁通路径最短，在磁场力的浸染下，转子被强制移动，使最近的一对齿与被勉励的一相对准。在图1(a)中A相是被勉励，转子上大箭头所指向的那个齿，与正向的A齿对准。从这个位置再对B相进行勉励，如图1中的(b)，转子向反时针转过15°。若是D相被勉励，如图1中的(c)，则转子为顺时针转过15°。下一步是C 相被勉励。由于C相有两种可能性：A—B—C—D或A—D—C—B。一种为反时针迁徙改变；另一种为顺时针迁徙改变。但每步都使转子迁徙改变15°。电机步长(步距角)是步进电机的紧张性能指标之一，不同的运用处所，对步终年夜小的哀求不同。改变掌握绕组数(相数)或极数(转子齿数)，可以改变步长的大小。它们之间的相互关系，可由下式打算：
Lθ＝360 P×N
式中：Lθ为步长；P为相数；N为转子齿数。在图1中，步长为15°，表示电机转一圈须要24步。
2. 混和步进电机的事情事理
在实际运用中，最盛行的还是混和型的步进电机。但事情事理与图1所示的可变磁阻型同步电机相同。但构造上稍有不同。例如它的转子嵌有永磁铁。勉励磁通平行于X轴。一样平常来说，这类电机具有四相绕组，有八个独立的引线终端，如图2a所示。或者接成两个三端形式，如图2b所示。每相用双极性晶体管驱动，并且连接的极性要精确。
图3所示的电路为四相混和型步进电机晶体管驱动电路的基本办法。它的驱动电压是固定的。表1列出了全部步进开关的逻辑时序。
值得把稳的是，电机步进为1—2—3—4的顺序。在同一韶光，有两相被勉励。但是1相和2相，3相和4相绝对不能同时勉励。
四相混和型步进电机，有一特点很有用处。它可以用半步办法驱动。便是说，在某一韶光，步进角仅提高一半。用单个稠浊或用双向开关即可实现，这种逻辑时序由表2列出。
四相混和型步进电机，也能事情于比额定电压高的情形。这可以用串联电阻进行降压。由于1相和2相，3相和4相是不会同时事情的，以是每对仅一个降压电阻，串接在图3中的X和Y点之间。因此额定电压为6V的步进电机，就可以事情在12V的电源下。这时需串一个6W、6Ω的电阻。
两相电机驱动器
两相(互换)电机有时用作精密唱机的转盘。它是一种低电压型的同步机构。
图21为两相电机驱动器电路。这个电路能驱动8欧两相电机。每个绕组可达3瓦。频率在45Hz到65Hz。集成电路选用LM377双路3瓦音频功率放大器作驱动。电源用正负11V。
电路事情事理。集成电路的左半部分接成文氏桥振荡器，频率可调由RV1调节，频率可变范围45Hz—65Hz。振幅调节由RV2掌握，灯泡LP1作稳定振幅用。IC1a的输出一起直接馈送电机的一相绕组。集成电路的另一半IC1b是作为85移相器用。C6、R6是85移相器。但是在60HZ时要乘以一个十倍的衰减因子，以是IC1b要乘以十倍的增益。电路稳定性经去耦网络C3—R4—R5，C4和C5担保。电机绕组与C8、C9所组成的谐振回路，调谐到中间频率值(55Hz)。
伺服电机系统
伺服电机是一种传统的电机。它是自动装置的实行元件。伺服电机的最大特点是可控。在有掌握旗子暗记时，伺服电机就迁徙改变，且转速大小正比于掌握电压的大小。去掉掌握电压后，伺服电机就立即停滞迁徙改变。伺服电机的运用甚广，险些所有的自动掌握系统都须要用到。在家电产品中，例如录相机、激光唱机等都是不可短缺的主要组成部分。
1．大略伺服电机的事情事理
图22示出了伺服电机的最大略的运用。电位器RV1由伺服电机带动。电机可选用电流不超过700mA，电压为12～24V的任一种伺服电机。图中RV1 和RV2是接成惠斯登(Wheatstone)电桥。集成电路LM378是双路4瓦功率放大器，也以桥接办法构成电机驱动差分放大器。
当RV2的任意变革，都将毁坏电桥的平衡，使RV1—RV2之间产生一差分电压，并且加以放大后送至电机。电机将迁徙改变，拖动电位器RV1到新的位置，使电桥重新达到新的平衡。以是说，RV1是跟踪了RV2的运动。
图23是用方块图形式，画出了测速传感器伺服电机系统，能用作唱机转盘精密速率掌握的事理图。电机用传统的皮带机构驱动转盘。转盘的边缘，用等间隔反射条文图形构造。用光电测速计进行监视和检测。光电测速计的输出旗子暗记正比于转盘的转速。把光电测速计输出旗子暗记的相位和频率，与标准振荡器的相位和频率进行比较，用它的偏差旗子暗记掌握电机驱动电路。因此，转盘的转速就精确地保持在额定转速上。额定转速的换档，可由操作开关掌握。这些掌握电路，已有厂家做成专用的集成电路。
2．数字比例伺服电机
伺服电机的最好类型之一，是用数字比例遥控系统。实际上这些装置是由三部份组成：采取集成电路、伺服电机、减速齿轮盒电位器机构。图24是这种系统的方块图。电路的驱动输入，是用周期为15ms而脉冲宽度为1～2ms的脉冲旗子暗记驱动。输入脉冲的宽度，掌握伺服机器输出的位置。例如：1ms脉宽，位置在最左边；1.5ms在中是位置，2ms在最右边的位置。
每一个输入脉冲分三路同时传送。一起触发1.5ms脉宽的固定脉冲发生器。一起输入触发脉冲发生器，第三路送入脉宽比较电路。用齿轮盒输出至RV1，掌握可变宽度的脉冲发生器。这三种脉冲同时送到脉宽比较器后，一起确定电机驱动电路的方向。另一起送给脉宽扩展器，以掌握伺服电机的速率，使得RV1迅速驱动机械位置输出跟随输入脉宽的任何变革。
上述伺服电机型常用于多路遥控系统。图25示出了四路数字比例掌握系统的波形图。
从图中可以看出是串行数据输入，经由译码器分出各路的掌握旗子暗记。每一帧包含4ms的同步脉冲，紧接在后面的是四路可变宽度(1～2ms)顺序的“路”脉冲。译码器将四路脉冲变换为并行形式，就能用于掌握伺服电机。
3．数字伺服电机电路
数字伺服电机掌握单元，可以买到现成的集成电路。例如ZN409CE或NE544N型伺服电机放大器集成电路。图26和图27示出了这两种集成电路的范例运用。
图中元件值适用于输入脉冲宽度为1～2ms，帧脉冲宽度大约为18ms的情形。
图28是适用上述伺服电机型的通用测试电路。伺服电源电池常日为5V。输入脉冲经标准的伺服插座送到伺服电路。帧脉冲的宽度为13—28ms；用RV1调节掌握。RV2调节掌握脉冲宽度在1—2ms之间。用RV4微调中间值为1.5ms．输出电平由RV3进行调节。
两个集成电路为时基电路CMOS7555型，电源电压可以低到3V仍旧事情。IC1为无稳多谐振荡器，产生帧韶光脉冲，它的输出触发IC2。而IC2是一个单稳电路，产生输出测试脉冲。
步进电机的掌握电路
四相步进电机可用几种专用的集成电路驱动器，SAAl027是个中常用的一种，它的特点是事情电压范围宽9.5V～18V；输出驱动电流大，可达500mA。它适宜作四相全步步进电机的掌握。图4是SAAl027的形状和引脚功能图。图5（下面↓）是它的内部事理方块图及基本运用。
实际上，集成电路有三路缓冲输入，每一个缓冲输入都掌握一个二位(四状态)的同步可逆计数器。它的输出送到一个编码变换器。然后用四路输出，去掌握输出级的四个晶体管。输出级以集电极开路办法事情。电机的绕组线圈串入集电极。为防止反向电动势破坏晶体管，在绕组的两端并联一反向二极管。
要特殊把稳的是：集成电路13脚和12脚是流过大电流的引脚。而14脚和5脚流过小电流。在利用时5脚和12脚都要接地。常日正12V直接接到13脚，然后经 R1—C1去耦电路接到14脚。正电压也必须经Rx送到4脚。Rx的浸染是决定四个晶体管的最大输出驱动电流的容量。Rx的大小可由下式打算；
Rx＝(4E／I)－6
式中E为电源电压，I为所希望的电机最大相电流。当用12V时，Rx值取420Ω、180Ω或78Ω)时，最大输出电流分别为100mA、200mA、或350mA。
SAA1027集成电路有三个输入掌握端：计数、办法和复位。复位端常日是高电平。计数器每次从低电平到高电平的跳变，将使集成电路改变状态。全部的事情状态已由表3列出。
在任何时候，每隔四步时序重复一次。但是复位端为低电平时，可以复位到起始状态。
当办法掌握输入端为低电平时，在一个方向上(常日为顺时针迁徙改变)顺序重复。反之，办法掌握端为高电平时，则在另一个方向上(反时针迁徙改变)顺序重复。
图6是SAAl027的驱动和试验电路。
这个电路用于混和型四相步进电机，额定电流可达300mA。电机可用SW3进行手工的单步试验，或者用SW2经555／7555无稳振荡器进行自动步进的试验。SW4可掌握电机的方向。SW5用于复位掌握试验。
用SW1和RV1电位器，可使无稳电路的事情速率能在很宽的范围内变革。置位1档时为低速掌握，频率范围从5Hz—68Hz。SW2在2当和3档时，振荡频率分别为第1档的10倍和100倍。总的速率掌握范围从6—8500转／分。
图6是一种基本电路。根据不同的利用场合，还有几种变革。
图7是一种步进电机与微处理器的接口电路。
打算机或微处理器的输出端口，常日终端驱动电压低于1V时，作为逻辑0状态；而高于3.5V时，作为逻辑1状态。这种逻辑称为正逻辑。不过图7中电路与上述相反。因此，步进电机输入端从高电平向低电平转换时，事情状态改变。复位端用高电平复位。办法输入端为低电平时，电机正转；而高电平时，电机反转。
图6电路设计最大输出电流为300mA。
如果希望把电流扩展5A，则采取图8中的两个电路。步进电机的每相都须要外加驱动电路，一个四相步进电机，须要增加四个这样的附加电路。图8(a))的电路用于驱动电路，一个四相步进电机，须要增加四个这样的附加电路。图8(a)的电路用于驱动四个完备独立的绕组。图8(b)的电路用于绕组具有公共点步进电机。D1和D2的浸染是防止电机的反电动势破坏输出级晶体管。
