一、直流電機的定義

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。當直流電機作為電動機運行時，它將電能轉換為機械能，用于驅動各種設備；而作為發電機運行時，則將機械能轉換為電能，用于發電。

直流電機的結構主要由定子和轉子兩大部分組成。直流電機中靜止不動的部分稱為定子。定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。其中，主磁極的作用是產生氣隙磁場，由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成；換向極的作用是改善換向，減小電機運行時電刷與換向器之間可能產生的換向火花；電刷裝置則用于引入或引出直流電壓和直流電流。直流電機中轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐。轉子由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。其中，電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組；電樞繞組的作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量變換的關鍵部件。

直流電機的工作原理基于電磁感應和電磁力作用。當直流電源向電機的電樞繞組供電時，電樞繞組會產生電流，進而在磁場中受到電磁力的作用而旋轉。同時，電樞在旋轉過程中會切割定子磁場中的磁力線，產生感應電動勢。這個感應電動勢的方向與外加電壓的方向相反，稱為反電動勢。電源需要克服這個反電動勢才能向電動機輸入電流，從而維持電機的持續運轉。

直流電機在工業生產、交通運輸、醫療設備、家用電器以及多個專業領域都有廣泛的應用。例如，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，直流電機則廣泛應用于電動車、電動汽車、電動自行車等交通工具中；在醫療設備領域，直流電機也被用于X光機、CT掃描儀、手術鉆等設備中。此外，直流電機還在家用電器、電動工具、船舶、自動化系統、航空航天等領域有廣泛應用。

二、使用L293D電機驅動器控制直流電機

直流電機廣泛應用于電氣、電子、機械行業。軸、真空吸塵器、傳送帶、洗衣機、印刷機和許多其他機器都使用直流電機。然而，需要正確理解控制直流電機，因為每臺機器都必須以不同的方式導出和控制。因此，有不同的驅動器 IC 可以在 Arduino 等微控制器的幫助下以更好、更精確的方式控制直流電機。因此，在本教程中，我們將使用 Arduino UNO 的 L293D 電機驅動器來控制直流電機。

L293d是一款電機驅動IC，可以驅動兩個直流電機。我們使用微控制器和該 IC 來控制方向。該電機驅動IC可以驅動電壓小于36V的電機。此外，IC 可以沿兩個方向（順時針或逆時針）運行電機。

電路原理圖

連接表

L293D電機驅動IC引腳配置

Arduino代碼

// Motor A connections
int enA = 9;
int in1 = 8;
int in2 = 7;
// Motor B connections
int enB = 3;
int in3 = 5;
int in4 = 4;

void setup() {
	// Set all the motor control pins to outputs
	pinMode(enA, OUTPUT);
	pinMode(enB, OUTPUT);
	pinMode(in1, OUTPUT);
	pinMode(in2, OUTPUT);
	pinMode(in3, OUTPUT);
	pinMode(in4, OUTPUT);
	
	// Turn off motors - Initial state
	digitalWrite(in1, LOW);
	digitalWrite(in2, LOW);
	digitalWrite(in3, LOW);
	digitalWrite(in4, LOW);
}

void loop() {
	directionControl();
	delay(1000);
	speedControl();
	delay(1000);
}

// This function lets you control spinning direction of motors
void directionControl() {
	// Set motors to maximum speed
	// For PWM maximum possible values are 0 to 255
	analogWrite(enA, 255);
	analogWrite(enB, 255);

	// Turn on motor A & B
	digitalWrite(in1, HIGH);
	digitalWrite(in2, LOW);
	digitalWrite(in3, HIGH);
	digitalWrite(in4, LOW);
	delay(2000);
	
	// Now change motor directions
	digitalWrite(in1, LOW);
	digitalWrite(in2, HIGH);
	digitalWrite(in3, LOW);
	digitalWrite(in4, HIGH);
	delay(2000);
	
	// Turn off motors
	digitalWrite(in1, LOW);
	digitalWrite(in2, LOW);
	digitalWrite(in3, LOW);
	digitalWrite(in4, LOW);
}

// This function lets you control speed of the motors
void speedControl() {
	// Turn on motors
	digitalWrite(in1, LOW);
	digitalWrite(in2, HIGH);
	digitalWrite(in3, LOW);
	digitalWrite(in4, HIGH);
	
	// Accelerate from zero to maximum speed
	for (int i = 0; i < 256; i++) {
		analogWrite(enA, i);
		analogWrite(enB, i);
		delay(20);
	}
	
	// Decelerate from maximum speed to zero
	for (int i = 255; i >= 0; --i) {
		analogWrite(enA, i);
		analogWrite(enB, i);
		delay(20);
	}
	
	// Now turn off motors
	digitalWrite(in1, LOW);
	digitalWrite(in2, LOW);
	digitalWrite(in3, LOW);
	digitalWrite(in4, LOW);
}

工作說明

要使用 L293D 電機驅動器 IC 和 Arduino 控制直流電機，首先按照表格和電路圖中的描述進行完美連接。然后，在 Arduino IDE 中編寫給定的代碼并將該代碼上傳到 Arduino。現在，當您向電路供電時，電機開始根據代碼中提供的命令旋轉。例如，這些電機開始朝一個方向全速旋轉，然后朝另一個方向全速旋轉，分別持續兩秒鐘。然后它們停止旋轉。之后，它們從 0 加速到最大速度，然后減速到零。因此，電機將根據您的代碼進行控制。