一、什么是直流電機？

直流電機（Direct Current Motor）是一種能夠實現直流電能和機械能互相轉換的旋轉電機。它既可以作為電動機將直流電能轉換為機械能，也可以作為發電機將機械能轉換為直流電能。

直流電機是一種將直流電能轉換為機械能或將機械能轉換為直流電能的設備。當直流電機作為電動機運行時，它將電能轉換為機械能，產生轉矩以驅動設備工作；當直流電機作為發電機運行時，它將機械能轉換為電能，輸出直流電以供其他設備使用。

直流電機按勵磁方式可分為永磁、他勵和自勵三類。其中，永磁直流電機的勵磁由永久磁鐵提供，他勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組無聯接關系，而由其他直流電源供電；自勵直流電機則根據勵磁繞組與電樞繞組的聯接方式分為并勵、串勵和復勵三種。

直流電機的工作原理基于電磁感應定律和左手定則。當直流電源通過電刷向電樞繞組供電時，電樞表面的導體將流過電流，并在磁場中受到力的作用而旋轉。這樣，輸入的直流電能就轉換成轉子軸上輸出的機械能。

直流電機因其轉矩大、轉速穩定、易于控制等特點，被廣泛應用于多個領域。在工業生產中，直流電機常用于機床、風機、泵、印刷設備、冶金設備、化工設備、食品加工設備、紡織機械等設備中。在交通運輸領域，電動車、電動汽車、電動自行車等交通工具都采用了直流電機作為動力源。此外，直流電機還在醫療設備、家用電器、電動工具、船舶、自動化系統、航空航天等領域有廣泛應用。

直流電機的優點包括調速范圍廣、易于平滑調速、啟動和制動轉矩大、易于控制可靠性高等。同時，它在調速時能量損耗也較少。然而，直流電機也存在一些缺點，如換向困難導致容量受到限制、換向器費工費料且不便維護等。近年來，隨著大功率半導體的發展，有人試圖用交流電機加整流元件來代替直流電機，但直流電機在某些性能方面仍然具有優勢。

二、簡單低壓直流電機速度控制電路圖

現在，無數的應用都使用直流電機，為了驅動直流電機并控制旋轉方向，我們使用不同的控制電路，在某些情況下我們使用微控制器。這里有四種不同的簡單低壓直流電機速度控制電路，使用少量容易獲得的組件而設計，無需微控制器。這些電路將充當獨立的速度控制電路。您可以通過改變輸入電壓來控制有刷直流電機的速度。當我們施加較低的電壓時，我們可以減慢電機的速度（低轉速），而施加較高的電壓時，電機會獲得高速（高轉速）。對于一些特定的更精確的 RPM 應用，我們可以在速度控制電路中使用PWM（脈沖寬度調制）。

以下電路設計用于驅動低電壓和低功率有刷直流電機。請記住，電機的最小和最大轉速是固定的，可以通過使用齒輪來增加或減少。

1、使用MOSFET的直流電機調速電路

IRF540 功率MOSFET VI 特性用于控制直流電機的速度，電機的正偏置端子連接到IRF540 的源極端子，負端子連接到Gnd。 IRF540的漏極引腳直接連接到電源正極引腳。柵極端子連接到 RV1 的可變引腳。通過改變 RV1，不同電平的電壓將到達 IRF540 的柵極端子。根據柵極電壓，流經 IRF540 (ID) 的電流會發生變化，從而導致直流電機的電壓水平發生變化。直流電機的速度也會發生變化。

IRF540 MOSFET 引腳排列

IRF540 是一款 N 溝道功率 MOSFET，采用三端子 TO-220 封裝。它可以處理 100V 漏源電壓和 33A 的連續漏電流。

2、使用 TDA 7274 的低壓直流電機速度控制電路

TDA 7274是 STMicroElectronics 的低壓直流電機速度控制器集成電路。該IC具有內部電壓比較器和三個晶體管輸出級。比較器的反相引腳與內部 100μA 電流源連接，非反相引腳充當控制引腳 (8)。 Vref 引腳 (6) 向內部比較器提供反饋，Out 引腳 (4) 提供負輸出電壓。直流電機負極引腳連接到TDA 7274 的輸出引腳，通過調整 RV1 電阻，我們可以改變輸出（接地電平）電壓，從而控制直流電機的速度。

“該 IC 用于控制復古卡帶播放器中電機的速度，現在這是一個過時的產品”不推薦用于新設計。

3、使用 IC 555 的直流電機速度控制電路

在該電路中，定時器 IC 555配置為非穩態多諧振蕩器模式并偏置以產生連續方波脈沖輸出。輸出脈沖連接至高開關速度元件IRF540 MOSFET。直流電機連接在 IRF540 的正極電源和漏極端子之間。定時器IC 555通過使用定時元件VR1和C2來振蕩方波脈沖。輸出脈沖驅動 MOSFET 并改變其開和關條件，因此電機獲得離散電源，如循環踏板，電機速度取決于脈沖開時間和關時間。通過改變 VR1 值，我們可以改變輸出脈沖以及直流電機速度。

4、直流電機調速 PWM 電路

在該電路中，定時器IC 555用于產生PWM（脈寬調制）信號和L293D四路高電流半H驅動器來控制直流電機的速度和旋轉方向。

定時器 IC 555 引腳分配和模塊

我們知道這款定時器IC 555有兩個比較器、一個觸發器、一個輸出級驅動器和三個電阻(5KΩ)分壓器。

5、使用 MOSFET 的直流電機速度控制電路

其主要目的是設計一種用 MOSFET控制直流電機速度的電路。 MOSFET 是晶體管的一種，用于放大或開關電路內的電壓。該電路中使用的 MOSFET 類型是增強型 MOSFET，僅工作在增強模式下。這意味著當柵極端沒有電壓提供時，該晶體管將關閉；而當提供電壓時，該晶體管將導通。因此，晶體管非常適合用作控制直流電機的開關。

直流電機用于機器人、電器、玩具等不同的應用。因此，在許多直流電機應用中，電機速度和方向控制至關重要。在這里，我們將解釋如何設計一個帶有 MOSFET 的簡單直流電機控制器。

制作該直流電機控制器所需的組件包括 12V 電池、100K電位器、IRF540N E-MOSFET、直流電機和開關。

該直流電機調速器與IRF540N EMOSFET的連接如下：

采用 MOSFET 的直流電機速度控制

IRF540 E-MOSFET的柵極端子連接到電位器，源極端子連接到電機的正極線，MOSFET的漏極端子通過開關連接到電池的正極端子。

電機負極線連接到電池的負極端子。

電位器輸出端連接MOSFET的柵極，GND通過電機負極線連接電池負極，VCC引腳通過MOSFET漏極端連接電池正極并切換。

一旦開關“S”閉合，MOSFET 柵極端子處的電壓供應就會導致電流從漏極 (D) 端子供應到源極 (S)。之后電流開始流過直流電機并且電機開始轉動。只需調節電位器即可簡單地調節提供給直流電機的電流總和，然后改變 MOSFET 柵極端子上的施加電壓。因此，我們可以通過控制 MOSFET 柵極端子的電壓來控制直流電機的速度。為了提高直流電機的速度，我們必須提高 MOSFET 柵極端子的施加電壓。

這里，設計了基于IRF540N MOSFET的直流電機控制器電路來控制電機的速度。該電路使用 MOSFET 和電位器設計非常簡單。我們可以通過簡單地控制 MOSFET 柵極端子上的施加電壓來控制電機速度。

6、使用 LM3578 IC 的直流電機速度控制電路

與交流電機不同，直流電機非常易于使用，因為它們的速度可以輕松改變。那么，這在實踐中是如何實現的呢？直流電機通過兩個磁場之間的反應產生扭矩：一個磁場由固定“場”繞組（線圈）建立，另一個磁場由旋轉電樞中的繞組建立。一些直流電機沒有勵磁繞組，而是用大型永磁體代替，以便靜態磁場在所有運行條件下都是恒定的。

無論如何，直流電動機的工作原理是，當前通過電樞的電流會產生一個試圖與固定磁場對齊的磁場。這導致電樞旋轉。該直流電機速度控制電路采用 IC LM3578 開關穩壓器設計，可用于 DC 到 DC 電壓轉換，例如降壓、升壓和逆變應用。

正如我們在電路中看到的，直流電機連接到直流電源和輸出驅動器 IRF 540 MOSFET。這里放置一個二極管 D1 以提供反電動勢保護。 LM3578 引腳 5 的進一步輸出信號饋送到 MOSFET 的柵極端子，驅動 MOSFET?，F在，LM3578 IC 的引腳 8、7 和 6 短接在一起并與正電源連接。組件 C1、C2 和 R2 連接在引腳 1、3 和接地電源之間。這里LM3578的2腳連接R1和可變電阻VR1。 我們可以通過改變 VR1 來改變直流電機的速度。