直流电动机的典型控制系统共47页
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三、直流电机的电枢绕组和磁场
对于小容量电机，电枢直径小，电枢铁心外圆不宜开 太多槽时，往往在一个槽的上层和下层各放两个元件边， 即把一个实槽当成u个虚槽使用。虚槽数与实槽数Z之间的 关系为
Z u u Z S K( 3 5 )
为分析方便起见，本书中均设u=1。
三、直流电机的电枢绕组和磁场
节距
二、直流电机的基本结构与铭牌
直流电机主要系列介绍
为了满足各行各业对产品的不同要求，生产厂将产品 制成不同型号系列。所谓系列就是指产品的结构和形状基 本相似，而某种性能参数例如容量则按一定等级递增的一 系列产品。对于电机来说，系列产品的电压、转速、机座 号和铁心长度都有一定的等级。 型号
它表示电机的类别。例如：Z2—12 的含义为 Z：直 流；2：设计序号；1：铁心长度；2：机座号
二、直流电机的基本结构与铭牌
4）电刷装置 电刷装置用以引入 或引出直流电压和直流电流。电 刷装置由电刷、刷握杆和刷杆座 等组成。电刷放在刷握内，用弹 簧压紧，使电刷与换向器之间有 良好的滑动接触，如图3-7所示， 刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆 环形的刷杆座上，相互之间必须 绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内 盖上，圆周位置可以调整，调好 以后加以固定。
二、直流电机的基本结构与铭牌
(4) ZD型系列电机主要用于需要广泛调速并具有较大 过载能力的场所，如大型机床、卷扬机、起重设备等。
(5) ZQD型系列是直流牵引电动机， 用于牵引车辆。
三、直流电机的电枢绕组和磁场
直流电机的电枢绕组
➢ 直流电枢绕组的基本知识
电枢绕组元件 电枢绕组元件由绝缘铜线绕制而成，每个元件有两个
换向器和电刷的作用，在电刷A、B两端输出的电动势是方向不 变的直流电动势。若在电刷A、B之间接上负载，发电机就能向
直流调速自动控制系统详解演示文稿
电动机：额定数据为10KW，220V，55A，1000r/min，电枢电阻 Ra=0.5Ω；
晶闸管触发整流装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联接，二次
线电压U21=230V，电压放大系数Ks=44；V-M系统电枢回路总电阻R=1.0Ω； 测速发电机：永磁式，额定数据为23.1KW，110V，0.21A，1900r/min；
机械特性硬度一样,S是否一样??
第二十四页，共107页。
3. 静差率与机械特性硬度的区别
对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差 率越大，转速的相对稳定度也就越差。 ▪调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值 为准。
第二十五页，共107页。
4. 调速范围、静差率和额定速降之间的关系
设：电机额定转速nN为最高转速，转速降落为nN， 则该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即
第十二页，共107页。
2 直流PWM变换器-电动机系统
思考：
（1）什么是电压系数，不可逆PWM变换电路的电压系数 是什么？
（2）制动时
VT1和VT2
如何交替工作？
第十三页，共107页。
※PWM系统的特点
（1）主电路线路简单，需用的功率器件少； （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电
机损耗及发热都较小； （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，
可达1:10000左右； （4）若与快速响应的电机配合，动态响应快，
动态抗扰能力强；
第十四页，共107页。
※ PWM系统的特点（续）
（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小， 当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置 效率较高；
（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比 相控整流器高。
晶闸管触发整流装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联接，二次
线电压U21=230V，电压放大系数Ks=44；V-M系统电枢回路总电阻R=1.0Ω； 测速发电机：永磁式，额定数据为23.1KW，110V，0.21A，1900r/min；
机械特性硬度一样,S是否一样??
第二十四页，共107页。
3. 静差率与机械特性硬度的区别
对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差 率越大，转速的相对稳定度也就越差。 ▪调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值 为准。
第二十五页，共107页。
4. 调速范围、静差率和额定速降之间的关系
设：电机额定转速nN为最高转速，转速降落为nN， 则该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即
第十二页，共107页。
2 直流PWM变换器-电动机系统
思考：
（1）什么是电压系数，不可逆PWM变换电路的电压系数 是什么？
（2）制动时
VT1和VT2
如何交替工作？
第十三页，共107页。
※PWM系统的特点
（1）主电路线路简单，需用的功率器件少； （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电
机损耗及发热都较小； （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，
可达1:10000左右； （4）若与快速响应的电机配合，动态响应快，
动态抗扰能力强；
第十四页，共107页。
※ PWM系统的特点（续）
（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小， 当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置 效率较高；
（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比 相控整流器高。
直流电机原理及控制PPT课件
Ts max
1 mf
(1-13)
式中 f — 交流电流频率（Hz）； m — 一周内整流电压的脉冲波数。
Ts 值的选取
在一般情况下，可取其统计平均值 Ts = Tsmax /2， 并认为是常数。
也可按最严重的情况考虑，取Ts = Tsmax 。
各种整流电路的失控时间（f =50Hz）
整流电路形式 单相半波
图1-15 晶闸管触发与整流装置动态结构框图
1.3 直流脉宽调速系统的主要问题
自从全控型电力电子器件问世以后， 就出现了采用脉冲宽度调制（PWM）的高 频开关控制方式形成的脉宽调制变换器直流电动机调速系统，简称直流脉宽调 速系统，即直流PWM调速系统。
1.3.1 PWM变换器的工作状态和电压、 电流波形
ud0为整流电压理 想空载瞬时值 。
R
+
Id
ud0
_
L
+
E
_
图1-7 V-M系统主电路的等效电路图
• 瞬时电压平衡方程
ud0
E
id R
L
did dt
式中
E — 电动机反电动势（V）；
id — 整流电流瞬时值（A）； L — 主电路总电感（H）；
R — 主电路等效电阻（）， R = Rrec + Ra + RL。
进行直流调速系统分析或设计时，须 事先求出这个环节的放大系数和传递函 数。
• 晶闸管触发和整流装置的放大系数的计算
晶闸管触发和整流 装置的放大系数
Ks
U d U c
(1-12)
如果不可能实测特性，
只好根据装置的参数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
估算。
图1-13 晶闸管触发与整流装置的输 入-输出特性和的测定
第三章 直流电动机速度控制系统
1-3
第一节 础
直流电动机控制基
从图中可以看出，接入直 流电源以后，电刷A为正极 性，电刷B为负极性。电流 从正电刷A经线圈ab、cd， 到负电刷B流出。根据电磁 力定律，在载流导体与磁 力线垂直的条件下，线圈 每一个有效边将受到一电 磁力的作用。电磁力的方 向可用左手定则判断，伸 开左手，掌心向着N极，4 指指向电流的方向，与4指 垂直的拇指方向就是电磁 力的方向。在图示瞬间， 导线ab与dc中所受的电磁 力为逆时针方向，在这个 电磁力的作用下，转子将 逆时针旋转．即图中S的方 向。
1-37
在 t on t T
在 T t T t on
轻载电动状态
id 2 t2 ton 3 T
1 0 4 t4
t
(d) 轻载电动状态的电流波形
VT1 、 2 、 2 和VD1四个管子轮流导通。 VD VT
1-38
t t 2 时刻，id=0， 2 导通， VT
反电动势E沿回路3输送反向电流， t T 时刻， 2 关断， VT 反向电流沿回路4经 VD1 续流，
nmax D nmin
（3-5）
• 对于基速以下的调速系统而言 nmax n N 。 • 对于少数负载很轻的机械，也可用实际负载时的 转速来定义最高转速 n max ，和最低转速 nmin 。
1-23
2. 静差率
• 当系统在某一转速下运行时，负载由理 想空载增加到额定值时电动机转速的变 化率，称为静差率s。
1-26
3. D与s的相互约束关系
nN s D nN ( 1 s )
（3-8）
• 在直流机变压调速系统中，对于某一台确定的 电动机，其 n N 和 n N 都是常数， • 对系统的调速精度要求越高，即要求s越小， 则可达到的D必定越小。 • 当要求的D越大时，则所能达到的调速精度就 越低，即s越大，所以这是一对矛盾的指标。
第一节 础
直流电动机控制基
从图中可以看出，接入直 流电源以后，电刷A为正极 性，电刷B为负极性。电流 从正电刷A经线圈ab、cd， 到负电刷B流出。根据电磁 力定律，在载流导体与磁 力线垂直的条件下，线圈 每一个有效边将受到一电 磁力的作用。电磁力的方 向可用左手定则判断，伸 开左手，掌心向着N极，4 指指向电流的方向，与4指 垂直的拇指方向就是电磁 力的方向。在图示瞬间， 导线ab与dc中所受的电磁 力为逆时针方向，在这个 电磁力的作用下，转子将 逆时针旋转．即图中S的方 向。
1-37
在 t on t T
在 T t T t on
轻载电动状态
id 2 t2 ton 3 T
1 0 4 t4
t
(d) 轻载电动状态的电流波形
VT1 、 2 、 2 和VD1四个管子轮流导通。 VD VT
1-38
t t 2 时刻，id=0， 2 导通， VT
反电动势E沿回路3输送反向电流， t T 时刻， 2 关断， VT 反向电流沿回路4经 VD1 续流，
nmax D nmin
（3-5）
• 对于基速以下的调速系统而言 nmax n N 。 • 对于少数负载很轻的机械，也可用实际负载时的 转速来定义最高转速 n max ，和最低转速 nmin 。
1-23
2. 静差率
• 当系统在某一转速下运行时，负载由理 想空载增加到额定值时电动机转速的变 化率，称为静差率s。
1-26
3. D与s的相互约束关系
nN s D nN ( 1 s )
（3-8）
• 在直流机变压调速系统中，对于某一台确定的 电动机，其 n N 和 n N 都是常数， • 对系统的调速精度要求越高，即要求s越小， 则可达到的D必定越小。 • 当要求的D越大时，则所能达到的调速精度就 越低，即s越大，所以这是一对矛盾的指标。
第五章 直流电动机调速控制系统
n nom I dnom R Ce
其中，R是电枢回路总电阻，为系统固有参数， Idnom是对应额定负载时的电流， 也是固定的。所以，一般开环系统无法满足一定调速范围和静差率性能指标要求。
如果在负载增加的同时设法增大系统的给定电压 Un，就会使电动机电枢两端的 电压Ud增大，电动机的转速就会升高。若Un增加量大小适度，就可以使因负载增加 而产生的 n被Ud升高而产生的速升所弥补，结果会使转速n接近保持在负载增加前的 值上。 这样，既能使系统有调速能力，又能减少稳态速降，使系统具有满足要求的调 速范围和静差率。 系统组成如图 我们可以在与调速电动机 同轴接一测速发电机TG，这 样就可以将电动机转速 n 的大 小转换成与其成正比的电压信 号Un，把Un与Un相比较后， 去控制晶闸管整流装置以控制 电动机电枢两端的电压Ud就可 以达到控制电动机转速 n 的目 的。
（5-5）
上式表明，同一系统的调速范围、静差率和额定转速降落三者之间有密不可 分的联系。对静差率值要求越小，能得到的调速范围也将越小。
Back
例题
某生产机械由他励直流电动机拖动，采用降压调速，额 定负载下电动机的额定转速为 ，理想空载转 速 。降低电压以后的转速为 ，理想 空载转速 。试求： （1）调速范围D和静差率 ； （2）如果生产工艺要求静差率 20% ，则此时的调速范 围是多少？
5.1.3 直流调速的基础知识
直流电动机 电动机 交流电动机 直流调速系统
交流调速系统
直流电动机优点： 转矩易于控制，具有良好的起制动性能，在相当长的时间内，一直在高性能调速 领域占有绝对的统治地位。此外，直流调速技术方面的理论相对成熟，其研究方法和 许多基本结论很容易在其它调速领域内推广，所以直流调速一直是研究调速技术的主 流。 由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制角度来看， 它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，本章将对 直流调速的基本理论做较详细的介绍。
其中，R是电枢回路总电阻，为系统固有参数， Idnom是对应额定负载时的电流， 也是固定的。所以，一般开环系统无法满足一定调速范围和静差率性能指标要求。
如果在负载增加的同时设法增大系统的给定电压 Un，就会使电动机电枢两端的 电压Ud增大，电动机的转速就会升高。若Un增加量大小适度，就可以使因负载增加 而产生的 n被Ud升高而产生的速升所弥补，结果会使转速n接近保持在负载增加前的 值上。 这样，既能使系统有调速能力，又能减少稳态速降，使系统具有满足要求的调 速范围和静差率。 系统组成如图 我们可以在与调速电动机 同轴接一测速发电机TG，这 样就可以将电动机转速 n 的大 小转换成与其成正比的电压信 号Un，把Un与Un相比较后， 去控制晶闸管整流装置以控制 电动机电枢两端的电压Ud就可 以达到控制电动机转速 n 的目 的。
（5-5）
上式表明，同一系统的调速范围、静差率和额定转速降落三者之间有密不可 分的联系。对静差率值要求越小，能得到的调速范围也将越小。
Back
例题
某生产机械由他励直流电动机拖动，采用降压调速，额 定负载下电动机的额定转速为 ，理想空载转 速 。降低电压以后的转速为 ，理想 空载转速 。试求： （1）调速范围D和静差率 ； （2）如果生产工艺要求静差率 20% ，则此时的调速范 围是多少？
5.1.3 直流调速的基础知识
直流电动机 电动机 交流电动机 直流调速系统
交流调速系统
直流电动机优点： 转矩易于控制，具有良好的起制动性能，在相当长的时间内，一直在高性能调速 领域占有绝对的统治地位。此外，直流调速技术方面的理论相对成熟，其研究方法和 许多基本结论很容易在其它调速领域内推广，所以直流调速一直是研究调速技术的主 流。 由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制角度来看， 它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，本章将对 直流调速的基本理论做较详细的介绍。
转速电流反馈控制直流调速系统
现无静差。
•
对负载变化起抗扰作用。
•
其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。
第27页/共134页
2. 电流调节器的作用
•
在转速外环的调节过程中，使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出
量）变化。
•
对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
•
在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流。
•
当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。
等
于
I
dm不
变，
• 转速波形先是缓慢升速，然后以恒加速上升，产生超调后，到
达给定值n*。
• 起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段，
• 转速调节器在此三个阶段中经历了不饱和、饱和以及退饱和三 种情况。
第15页/共134页
第16页/共134页
图3-6 双闭环 直流调速系统 起动过程的转 速和电流波形
（1） 转速调节器不饱和
• 两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。
U
* n
Un
n
n0
•
U
* i
Ui
I d
n
U
* n
n0
I d I dm
(3-1)
第7页/共134页
（ 2 ） 转 速调 节器饱 和 • ASR输出达到限幅值时，转速外环呈开环状态，转速的变化对转速环不再产生影响。
第35页/共134页
返回目录
3.3 调节器的工程设计方法
• 必要性： 用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方
面相互有矛盾的静、动态性能要求，需要设计者有扎实的理论基础和丰富的 实践经验，而初学者则不易掌握，于是有必要建立实用的设计方法。
•
对负载变化起抗扰作用。
•
其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。
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2. 电流调节器的作用
•
在转速外环的调节过程中，使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出
量）变化。
•
对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
•
在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流。
•
当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。
等
于
I
dm不
变，
• 转速波形先是缓慢升速，然后以恒加速上升，产生超调后，到
达给定值n*。
• 起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段，
• 转速调节器在此三个阶段中经历了不饱和、饱和以及退饱和三 种情况。
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图3-6 双闭环 直流调速系统 起动过程的转 速和电流波形
（1） 转速调节器不饱和
• 两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。
U
* n
Un
n
n0
•
U
* i
Ui
I d
n
U
* n
n0
I d I dm
(3-1)
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（ 2 ） 转 速调 节器饱 和 • ASR输出达到限幅值时，转速外环呈开环状态，转速的变化对转速环不再产生影响。
第35页/共134页
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3.3 调节器的工程设计方法
• 必要性： 用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方
面相互有矛盾的静、动态性能要求，需要设计者有扎实的理论基础和丰富的 实践经验，而初学者则不易掌握，于是有必要建立实用的设计方法。
直流电机控制系统(晶闸管整流
目录目录 (1)1．设计总体思路 (2)2．基本原理框图 (2)3．单元电路设计 (3)3.1主电路器件的计算与选择 (3)3.1.1变压器的选择 (3)3.1.2晶闸管的选型 (3)3.1.3过电压保护原理及计算选择 (3)3.1.4过电流保护 (5)3.1.5电抗器的参数计算与选择 (7)3.2控制电路的介绍 (7)3.2.1引脚排列、各引脚的功能及用法 (7)3.2.2电流转速闭环调节电路 (10)3.2.3.功率放大电路 (10)4．故障分析与改进 (12)5．实验与仿真 (12)6.心得体会 (13)7.附件 (15)8.参考文献 (16)1．设计总体思路直流电机控制系统（晶闸管整流）分为主电路和控制电路，主电路采用三相全控桥整流电路，变流侧交流电采用电网电压，通过变压器起隔离和调节电网电压，使其达到整流所需求的交流电压，为防止电网波动和其他各类短路情况的出现，在交流侧和整流的直流侧增加一系列的过电压和过电流保护。
控制电路采用转速和电流调节电路，在电网电压通过交流互感器感应电流后将电流信号转为电压信号，和转速反馈信号进行调节，再限幅和功放电路，转换成触发电路能用来改变控制角的信号来调节整流输出电压达到调速目的。
该触发晶闸管的触发电路由六脉冲触发电路TC785构成，最终能调节电机的转速，使其达到转速的稳定。
2．基本原理框图3．单元电路设计3.1主电路器件的计算与选择该设计所调节直流电动机的参数：额定电压225V,额定电流158.5A，额定功率30KW3.1.1变压器的选择变压器二次侧相电压U2=Ud/2.34考虑晶闸管的管压降和启动电压留20%的裕量，整流直流侧电压Ud=1.2*225*270V,得U2=128V；变压器二次侧电流I2=0.816*Id=129.3A；变压器的容量s=3U2 I2=3*128*129.3=50KW；变压器的变比U1:U2=220:128=1.73.1.2晶闸管的选型晶闸管的额定电压Un=(2～3)UTm;Un=2*6*U2=2*6*128=627V晶闸管的额定电流I n=（1.5～2）Ivt;Ivt=Id/(3*1.57）=87.5A;In=1.8*87.5=157A;取Un=;In=157A；选择KP157—580晶闸管六只。
第4章 直流电动机调速控制系统ppt
第一节 直流电动机概述
反电动势E的计算公式是： E=K eΦn
对于永磁式直流电动机，Ke和Φ都是常数，上式可写 成：
E=Cen
电动机各个电量的方向，如图4-4所示。
第一节 直流电动机概述
图4-4 直流电动机各个电量的方向
第一节 直流电动机概述
外加电压为U时有： U=E+IRa
式中，Ra—电枢电阻。
的方式，可分为永磁式和他激式。永磁式磁极由永磁
材料制成，他激式磁极由冲压硅钢片叠压而成，外绕
线圈，通以直流电流便产生恒定磁场。
(二) 转子
又叫电枢，由硅钢片叠压而成，表面嵌有线圈，
通以直流电时，在定子磁场作用下产生带动负载旋转
的电磁转矩。
第一节 直流电动机概述
(三) 电刷与换向片
为使所产生的电磁
上式就是直流电动机的电压平衡方程式。 它表明了外加电压与反电动势及电枢内阻压降
平衡。或者说，外加电压一部分用来抵消反电 动势，一部分消耗在电枢电阻上。
第一节 直流电动机概述
(三) 电动机转速与转矩的关系
如果把 E=Cen代入式(4-8) ，便可得出电枢电 流Ia的表达式：
Ia=
U
Cen Ra
第一节 直流电动机概述
(一) 电动机转矩平衡方程式 一般，电磁转矩Te按下式计算：
Te=KmΦIa
(4-1)
对又于可永写磁成直：流伺服电动机，Km和Φ都是常数，所以上式
Te=CmIa
(4-2)
当电动机带着负载匀速旋转时，它的输出转矩必与负 载转矩相等。但是，电动机本身具有机械摩擦(例如轴 承的摩擦，电刷和换向器的摩擦等) 和电枢铁芯中的涡 流、磁滞损耗都要引起阻转矩，此阻转矩用T0表示。
直流电动机典型控制
• 任意时刻,负载上的 整流输出电压为 ud=u上-u下。 • 直接从线电压波形 看，输出电压波形 ud为线电压在正半 周期的包络线。
■
a=00
22
项目6 数控机床的伺服驱动系统
☆（8）三相桥式全控整流电路（感性负载）
00<a<900时电压波形均为正值；
a=900时输出电压平均值为0；
a>900时输出电压平均值为负值；
即把恒定的直流电压，斩成频率一定、宽度可变 的脉冲电压系列，从而改变输出电压的平均大小， 以实现电机调压调速。 一、不可逆PWM和桥式可逆PWM变换器 二、转速、电流双闭环直流脉宽调速系统
■
33
项目6 数控机床的伺服驱动系统 一、不可逆PWM和桥式可逆PWM变换器
1. 不可逆PWM变换器 分为直流降压斩波器和直流升压斩波器。
VT1、VT3、VT5组成共阴极组 VT4、VT6、VT2组成共阳极组 在任一时刻都有一个共阴极组和共 阳极组的晶闸管导通，但决不会是 同一桥臂同时导通。
■
21
项目6 数控机床的伺服驱动系统 总的来说是：上面的共阴 极组中哪个正电压高，哪 相的晶闸管导通；下面的 共阳极组中哪个负电压低， 哪相的晶闸管导通；
给定电压 偏差 电压
比例 调节 器
u ～
Uk 控 制 电 压
触 发 器
Ug △ U
+
+
α 控 制 角
整 流 器
Id Ud 输出 电压
-
- Uf +
+ -
电动机 + M -
负反馈 电压
Utg
TG
n 转速 +
测速发电机
25
■
直流电机及其控制系统ppt课件
外，对大、中容量的电动机不能直接起 动。
• ⒉降压起动
• 起动瞬间，把加于电枢两端的电源电压 降低，以减少起动电流Ist的起动方法。 为了获得足够的起动转矩Tst，普通将起 动电流限制在〔2~2.5〕IN以内。
• 因此，在起动时，把电源电压降低到
• U=〔2~2.5〕 IN ×Ra。
• 随着转速的上升，电枢电势Ea逐渐加大， 电枢电流Ia相应减小。此时，再将电源电 压不断升高。
• Δn=〔Ra+R〕T/ 〔 KE KTΦ2 〕为转速降。
• 上式为机械特性的普通方程。从该式可看 出：
• 当磁通Φ为常数时，机械特性是一条随着 T的添加 n 略有下降的直线。
• 电机空载运转时，机械负载转矩为零， 但作用于电动机轴上的空载转矩不为零 而应为T0，将T0带入，可得到电机的实 践空载转速为：
• ⒊效率特性：当U=UN、If=IfN时， • η=f〔Ia〕的关系曲线——效率特性
• 电动机总损耗PΣ中，可以分为不变损耗 和可变损耗两部分。
• 不变损耗Pm + PFe =Po
• 可变损耗Pcua与Ia的平方成正比
• 所以：当Ia从零开场添加时，效率η逐渐 添加，但当Ia添加到一定程度后，效率η 又逐渐减小。直流电动机的效率约在 0.75~0.94之间。
• ⒊ 电枢回路串电阻起动 • 电枢回路串电阻R，起动电流为：
• 为了坚持起动过程的平稳性，希望串入 电阻平滑调理，普通采用分段切除的方 法。
• ㈡ 他励直流电动机的调速特性 • ⒈调速方法 • 他励直流电动机的电枢电路电压平衡方
• ③特性斜率为βN=Ra/〔 KE KTΦN2 〕， 由于Ra很小，因此βN较小。阐明他励直 流电机的固有机械特性较硬。
• ⒉降压起动
• 起动瞬间，把加于电枢两端的电源电压 降低，以减少起动电流Ist的起动方法。 为了获得足够的起动转矩Tst，普通将起 动电流限制在〔2~2.5〕IN以内。
• 因此，在起动时，把电源电压降低到
• U=〔2~2.5〕 IN ×Ra。
• 随着转速的上升，电枢电势Ea逐渐加大， 电枢电流Ia相应减小。此时，再将电源电 压不断升高。
• Δn=〔Ra+R〕T/ 〔 KE KTΦ2 〕为转速降。
• 上式为机械特性的普通方程。从该式可看 出：
• 当磁通Φ为常数时，机械特性是一条随着 T的添加 n 略有下降的直线。
• 电机空载运转时，机械负载转矩为零， 但作用于电动机轴上的空载转矩不为零 而应为T0，将T0带入，可得到电机的实 践空载转速为：
• ⒊效率特性：当U=UN、If=IfN时， • η=f〔Ia〕的关系曲线——效率特性
• 电动机总损耗PΣ中，可以分为不变损耗 和可变损耗两部分。
• 不变损耗Pm + PFe =Po
• 可变损耗Pcua与Ia的平方成正比
• 所以：当Ia从零开场添加时，效率η逐渐 添加，但当Ia添加到一定程度后，效率η 又逐渐减小。直流电动机的效率约在 0.75~0.94之间。
• ⒊ 电枢回路串电阻起动 • 电枢回路串电阻R，起动电流为：
• 为了坚持起动过程的平稳性，希望串入 电阻平滑调理，普通采用分段切除的方 法。
• ㈡ 他励直流电动机的调速特性 • ⒈调速方法 • 他励直流电动机的电枢电路电压平衡方
• ③特性斜率为βN=Ra/〔 KE KTΦN2 〕， 由于Ra很小，因此βN较小。阐明他励直 流电机的固有机械特性较硬。
直流电机运动控制系统课件
速度控制
通过改变电机的输入电压或电 流，实现对电机速度的精确控
制。
位置控制
通过控制电机的运动时间或距 离，实现电机位置的精确控制 。
转矩控制
通过改变电机的输入电压或电 流，实现对电机输出转矩的精 确控制。
保护功能
当电机出现异常情况时，控制 系统能够及时切断电源，保护
电机不受损坏。
直流电机运动控制系统的应用场景
感谢您的观看
03
04
控制器
用于接收输入信号，根据控制 算法产生输出信号，控制电机
的运动。
驱动器
将控制器输出的信号转换为能 够驱动电机的能量，使电机按 照控制器的指令进行运动。
电机
直流电机，根据控制器的指令 进行旋转或直线运动。
传感器
用于检测电机的位置、速度等 参数，并将这些参数反馈给控
制器，实现闭环控制。
直流电机运动控制系统的功能
自动化生产线
在自动化生产线上，直流电机运 动控制系统用于驱动传送带、机 械臂等设备，实现生产过程的自
动化和高效化。
机器人
在机器人中，直流电机运动控制系 统用于驱动机器人的关节、手臂、 腿部等部位，实现机器人的各种动 作和姿态。
电动车辆
在电动车辆中，直流电机运动控制 系统用于驱动车辆前进、后退、转 向等运动，实现车辆的自动驾驶和 精确控制。
根据电枢绕组的不同， 直流电机可分为单叠 绕组和复叠绕组两种 类型。
直流电机的工作原理
直流电机的工作原理基于安培环路定 律和法拉第电磁感应定律。当电枢绕 组中通入电流时，电流在磁场中受到 安培力作用，从而驱动转子旋转。
直流电机的转速与输入电流的大小、 磁场强度以及电枢绕组的匝数等因素 有关。通过改变输入电流的大小或磁 场强度，可以实现电机的调速控制。
通过改变电机的输入电压或电 流，实现对电机速度的精确控
制。
位置控制
通过控制电机的运动时间或距 离，实现电机位置的精确控制 。
转矩控制
通过改变电机的输入电压或电 流，实现对电机输出转矩的精 确控制。
保护功能
当电机出现异常情况时，控制 系统能够及时切断电源，保护
电机不受损坏。
直流电机运动控制系统的应用场景
感谢您的观看
03
04
控制器
用于接收输入信号，根据控制 算法产生输出信号，控制电机
的运动。
驱动器
将控制器输出的信号转换为能 够驱动电机的能量，使电机按 照控制器的指令进行运动。
电机
直流电机，根据控制器的指令 进行旋转或直线运动。
传感器
用于检测电机的位置、速度等 参数，并将这些参数反馈给控
制器，实现闭环控制。
直流电机运动控制系统的功能
自动化生产线
在自动化生产线上，直流电机运 动控制系统用于驱动传送带、机 械臂等设备，实现生产过程的自
动化和高效化。
机器人
在机器人中，直流电机运动控制系 统用于驱动机器人的关节、手臂、 腿部等部位，实现机器人的各种动 作和姿态。
电动车辆
在电动车辆中，直流电机运动控制 系统用于驱动车辆前进、后退、转 向等运动，实现车辆的自动驾驶和 精确控制。
根据电枢绕组的不同， 直流电机可分为单叠 绕组和复叠绕组两种 类型。
直流电机的工作原理
直流电机的工作原理基于安培环路定 律和法拉第电磁感应定律。当电枢绕 组中通入电流时，电流在磁场中受到 安培力作用，从而驱动转子旋转。
直流电机的转速与输入电流的大小、 磁场强度以及电枢绕组的匝数等因素 有关。通过改变输入电流的大小或磁 场强度，可以实现电机的调速控制。
直流电动机控制系统
n U I R 式中
（1-1）
Φ
Ke
— 转速（r/min）； — 电枢电压（V）； — 电枢电流（A）； — 电枢回路总电阻（Ω）； — 励磁磁通（Wb）； — 由电机结构决定的电动势常数。
由式（1-1）可以看出，有三种方法调 节电动机的转速： （1）调节电枢供电电压 U。 ） 。 （2）减弱励磁磁通 Φ。 ） （3）改变电枢回路电阻 R。 ） 。
双极式控制方式（续）
（2）反向运行
– 第1阶段，在 0 ≤ t ≤ ton 期间， Ug2 、 Ug3为负， VT2 、 VT3截止， VD1 、 VD4 续流，并钳 位使 VT1 、 VT4截止，电流 –id 沿回路4流通， 电动机M两端电压UAB = +Us ； – 第2阶段，在ton ≤ t ≤ T 期间， Ug2 、 Ug3 为正， VT2 、 VT3导通， Ug1 、 Ug4为负，使VT1 、 VT4保持截止，电流 – id 沿回路3流通，电动 机M两端电压UAB = – Us ；
输出波形
U, i +Us Ud E id O t 0 on -Us T t
U, i +Us
O 0
ton
T t id E Ud
-Us (1) 正向电动运行波形 (2) 反向电动运行波形
输出平均电压
双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为 ton T − ton 2ton Ud = Us − Us = ( − 1)U s （1-19） T T T 如果占空比和电压系数的定义与不可逆变换器 中相同，则在双极式控制的可逆变换器中 γ = 2ρ – 1 （1-20） 注意：这里 γ 的计算公式与不可逆变换器中的公 式就不一样了。
1. 直流斩波器的基本结构
（1-1）
Φ
Ke
— 转速（r/min）； — 电枢电压（V）； — 电枢电流（A）； — 电枢回路总电阻（Ω）； — 励磁磁通（Wb）； — 由电机结构决定的电动势常数。
由式（1-1）可以看出，有三种方法调 节电动机的转速： （1）调节电枢供电电压 U。 ） 。 （2）减弱励磁磁通 Φ。 ） （3）改变电枢回路电阻 R。 ） 。
双极式控制方式（续）
（2）反向运行
– 第1阶段，在 0 ≤ t ≤ ton 期间， Ug2 、 Ug3为负， VT2 、 VT3截止， VD1 、 VD4 续流，并钳 位使 VT1 、 VT4截止，电流 –id 沿回路4流通， 电动机M两端电压UAB = +Us ； – 第2阶段，在ton ≤ t ≤ T 期间， Ug2 、 Ug3 为正， VT2 、 VT3导通， Ug1 、 Ug4为负，使VT1 、 VT4保持截止，电流 – id 沿回路3流通，电动 机M两端电压UAB = – Us ；
输出波形
U, i +Us Ud E id O t 0 on -Us T t
U, i +Us
O 0
ton
T t id E Ud
-Us (1) 正向电动运行波形 (2) 反向电动运行波形
输出平均电压
双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为 ton T − ton 2ton Ud = Us − Us = ( − 1)U s （1-19） T T T 如果占空比和电压系数的定义与不可逆变换器 中相同，则在双极式控制的可逆变换器中 γ = 2ρ – 1 （1-20） 注意：这里 γ 的计算公式与不可逆变换器中的公 式就不一样了。
1. 直流斩波器的基本结构
直流电机工作原理
第7页，共149页。
换 向 极（静止部分）
2.换向极（又称附加极或间极）
换向极图片（图3-5）
主磁极和换向极示意图（图3-6） 作用为改善直流电机的换向性能，一般用整
块钢板加工而成，并在其外面套上换向极绕 组。
第8页，共149页。
换向极
作用 -- 改善换向（可抵消交轴磁场对主磁
场的歪扭及换向元件电抗、电势等的影响） （电枢磁场轴向方向） 换向极装在两主磁极之间，也是由铁心和绕 组构成。（在功率小的直流电机中也有不装的）
作用 -- 产生电磁转矩和感应电动势 由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成
直流电机结构（图3-1）
直流电机电枢照片（图3-2） 直流电机结构图（图பைடு நூலகம்-3）
第6页，共149页。
主 磁 极（静止部分）
1.主磁极 （图3-4） 主磁极一般是电磁铁 用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固
而成的铁心。（励磁绕组套在上面）
这是个很有用的公式：电压平衡方程式。
第31页，共149页。
发电机与电动机电磁转矩作用的不同
发电机：阻转矩，原动机的转矩必须与 电磁转矩及空载损耗转矩相平衡；
电动机：驱动转矩，电磁转矩必须与机 械负载转矩和空载损耗转矩相平衡。
负载增加（阻转矩增加）→电磁转矩暂时 小于阻转矩→转速下降→磁通不变，反电 动势减小→电枢电流增加→电磁转矩增加 →电磁转矩与阻转矩平衡，但转速下降
第35页，共149页。
例题分析
课本题3.4：
一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反 电势E＝E1，如负载转矩TL＝常数，外加电压和
电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升 到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化？是大于、 小于还是等于E1？
换 向 极（静止部分）
2.换向极（又称附加极或间极）
换向极图片（图3-5）
主磁极和换向极示意图（图3-6） 作用为改善直流电机的换向性能，一般用整
块钢板加工而成，并在其外面套上换向极绕 组。
第8页，共149页。
换向极
作用 -- 改善换向（可抵消交轴磁场对主磁
场的歪扭及换向元件电抗、电势等的影响） （电枢磁场轴向方向） 换向极装在两主磁极之间，也是由铁心和绕 组构成。（在功率小的直流电机中也有不装的）
作用 -- 产生电磁转矩和感应电动势 由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成
直流电机结构（图3-1）
直流电机电枢照片（图3-2） 直流电机结构图（图பைடு நூலகம்-3）
第6页，共149页。
主 磁 极（静止部分）
1.主磁极 （图3-4） 主磁极一般是电磁铁 用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固
而成的铁心。（励磁绕组套在上面）
这是个很有用的公式：电压平衡方程式。
第31页，共149页。
发电机与电动机电磁转矩作用的不同
发电机：阻转矩，原动机的转矩必须与 电磁转矩及空载损耗转矩相平衡；
电动机：驱动转矩，电磁转矩必须与机 械负载转矩和空载损耗转矩相平衡。
负载增加（阻转矩增加）→电磁转矩暂时 小于阻转矩→转速下降→磁通不变，反电 动势减小→电枢电流增加→电磁转矩增加 →电磁转矩与阻转矩平衡，但转速下降
第35页，共149页。
例题分析
课本题3.4：
一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反 电势E＝E1，如负载转矩TL＝常数，外加电压和
电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升 到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化？是大于、 小于还是等于E1？
直流电动机的典型控制系统PPT49页
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
直流电动机的典型控制系统
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
直流电动机典型控制共49页文档
。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
直流电动机典型控制
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
直流电动机典型控制
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
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