第 1 章 直流伺服电动机
第1章 直流电机的结构与工作原理
（3）额定电流ＩＮ 指在额定情况下，电机流出或流入的电流，单位为A 。 直流发电机额定电流为 直流电动机额定电流为
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。
*
电枢绕组是直流电机的核心部分。无论是发电机还是电动机，感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中产生，电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽，电枢绕组的名称由此而来，并为此把直流电机的转子称为电枢。
1.2.1 基本知识
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1直流电机的结构与工作原理
*
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构
电枢铁芯
电枢绕组
换向磁极
主磁极
电刷装置
机座
端盖
定子
转子
换向器
转轴
轴承
直 流 电 机
*
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.2 直流电机的电枢绕组
*
单叠绕组是指元件的首端和末端分别接到相邻的两片换向片上，下一个元件叠在前一个元件之上。
1.单叠绕组的链接规律 绘制展开图的步骤是： 第一步：计算绕组的各节距。包括 、y、y1。 第二步：画槽、画元件，按顺序编号。每槽用两条短线表示，实线表示上层，虚线表示下层。注意：实线上的标号既表示槽号又表示元件号，同时还表示该元件的上层边所在的位置。
1.1 直流电机的结构与工作原理
*
2. 直流电动机工作原理
把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右图。
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
第一章-直流伺服电机
图1-1 电枢控制原理图
控制方式
2．磁场控制
电枢绕组电压保持不变，变化励磁回路旳电压。若电 动机旳负载转矩不变，当升高励磁电压时，励磁电流 增长，主磁通增长，电机转速就降低；反之，转速升 高。变化励磁电压旳极性，电机转向随之变化。 尽管磁场控制也可到达控制转速大小和旋转方向旳目 旳，但励磁电流和主磁通之间是非线性关系，且伴随 励磁电压旳减小其机械特征变软，调整特征也是非线 性旳，故少用。
1.2.2 运营特征
（2）电枢电压对机械特征旳影响
n0和Tk都与电枢电压成正比，而斜率k则与电枢电压无关。 相应于不同旳电枢电压能够得到一组相互平行旳机械特征曲线。
直流伺服电动机由放大器供电时， 放大器能够等效为一种电动势源 与其内阻串联。内阻使直流伺服 电动机旳机械特征变软。
图 1-3 不同控制电压时旳机械特征
较小、 电枢电阻 Ra 较大、转动惯量 J 较大
时是这种情况。
图1-6 在 4 e m 时, n、ia 旳过渡过程
过渡过程曲线
(2)
当
4 e
m
时，由
p1，.2
1 2 e
1
1 4 e m
， p1 和
p2
两根是共轭复数。
在过渡过程中，转速和电流随时间旳变化是周期性旳。
由e
La Ra
和m
2JRa 60CeCt
2
可知，电枢
电感 La 较大、 电枢电阻 Ra 较小、转动
惯量 J 较小时，就会出现这种振荡现象。
图1-7 在 4 e m 时, n、ia 旳过渡过程
过渡过程曲线
⑶ 当4 e m 时（多数情况满足这一条件）， e 很小能够忽视不计。
于是式
m e
(完整版)《直流伺服电动机》PPT课件
第二章 直流伺服电动机
3.4 直流电动机的使用
3.4.1 直流电动机的启动
启动要求：
①启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时阻转矩，包括总
阻转矩
Ts
和惯性转矩J
dΩ dt
。
②启动时电枢电流不要太大，一般把启动电流限制在允许电 流值的 1.5～2 倍以内。
③要求电动机有较小的转动惯量和加速过程中保持足够大的 电磁转矩，以利于缩短启动时间。
第二章 直流伺服电动机
1) 负载为常数时的调节特性
电动机的负载转矩主要是动摩擦转矩TL加上电机本 身的阻转矩T0， 所以电动机的总阻转矩Ts=TL+T0。 在 转速比较低的条件下， 总阻转矩Ts是一个常数。
由式： n Ua TsRa
Ce CeCT 2
表征调节特性两个量
①始动电压——Ua0，是电动机处于待动而未动这种临界状 态时的控制电压。
作为控制信号， 实现电动机的转速控制。
第二章 直流伺服电动机
电枢电压Ua,转速n 以及电磁转矩T 的关系：
Ua
移项后，得到
Cen
TRa
CT
n
Ua Ce
TRa CeCT 2
在稳态时，电动机的电磁转矩与轴上的阻转矩相平衡， 即
T=Ts。所以稳态时，上式可以写成
n
Ua
Ce
Ts Ra
CeCT 2
第二章 直流伺服电动机
第二章 直流伺服电动机
第 3章 直流伺服电动机
3.1 直流电动机 3.2 电磁转矩和转矩平衡方程式 3.4 直流电动机的使用 3.5 直流伺服电动机及其控制方法 3.6 直流伺服电动机的稳态特性 3.9 直流力矩电动机 习题
第二章 直流伺服电动机
直流伺服电机原理
直流伺服电机原理直流伺服电机是一种广泛应用于工业自动化领域的电机，其原理和工作方式具有一定特点和优势。
本文将介绍直流伺服电机的原理及其工作过程。
原理介绍直流伺服电机是一种能够根据外部控制信号调整输出角位置的电机。
其基本原理是利用电磁感应产生的磁场与永久磁铁的磁场相互作用，从而产生转矩。
直流伺服电机通过控制电压大小和方向，可以实现精确的位置控制。
工作过程1.电磁感应原理直流伺服电机的转子上有导线绕组，当通入电流时，导线中会产生磁场。
这个磁场与永久磁铁之间的相互作用产生了转矩，从而驱动电机运转。
2.控制回路直流伺服电机通常配备有控制回路，用于接收外部控制信号并调整电机的转速和位置。
控制回路可以根据不同的控制算法来实现位置闭环或速度闭环控制，以保证电机的准确性和稳定性。
3.编码器反馈为了实现更精确的位置控制，直流伺服电机通常会配备编码器模块，用于实时反馈电机的位置信息。
控制回路通过读取编码器信号，可以及时调整电机的输出，实现精确的位置控制。
4.功率驱动电机通常需要配备功率驱动模块，用于根据控制信号调整电机的电压和电流输入。
功率驱动模块可以根据电机的负载情况和运行要求来动态调整电机的输出功率，以确保电机的稳定性和可靠性。
应用领域直流伺服电机广泛应用于机械臂、自动化设备、数控机床等领域，其高精度、高效率的特点使其成为自动化领域的重要组成部分。
通过合理的控制和设计，直流伺服电机可以实现机械系统的高速、高精度运动，大大提高生产效率和产品质量。
总的来说，直流伺服电机通过电磁感应原理、控制回路、编码器反馈和功率驱动等模块的相互配合，实现了高精度、高效率的位置控制，为工业自动化带来了重大的便利和优势。
第1章直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理与结构 1.2 直流电机电枢绕组简介 1.3 直流电机的电枢反应 1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩 1.5 直流电机的换向 1.6 直流发电机 1.7 直流电动机
思考题与习题
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
测速
电源
励磁机 伺服
第1章 直流电机
合成磁势曲线
饱和时磁阻 不为常数不 能简单叠加
电枢磁场磁通 密度分布曲线
Bx
主磁场的 磁通密度 分布曲线
B0 x
Bax
不饱和两条曲线逐点叠 加后得到负载时气隙磁 场的磁通密度分布曲线
物理中性线偏离几何中性线
第1章 直流电机
二、当电刷不在几何中性线上时
电刷从几何中性线偏 移 角，电枢磁动势 轴线也随之移动 角，如图(a)(b)所示。
第1章 直流电机
1.1.1 直流电机的主要结构
第1章 直流电机
直流电机截面图
第1章 直流电机
直流电机主磁极
第1章 直流电机
换向极
换向极是安装 在两相邻主磁 极之间的一个 小磁极，它的 作用是改善直 流电机的换向 情况，使电机 运行时不产生 有害的火花。
第1章 直流电机
电刷装置
电刷装置—— 电刷装置是电 枢电路的引出 （或引入）装 置
电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运 行于额定状态。电机的运行电流小于额定电流——欠载 运行；运行电流大于额定电流——过载运行。长期欠载 运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使 用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此 时电机的运行效率、工作性能等比较好。
第1章 直流电机
第1章 直流电机
简述伺服电动机的种类特点及应用
简述伺服电动机的种类特点及应用伺服电动机是一种能够精确控制运动位置、速度和加速度的电动机。
它具有高精度、高速度和高可靠性的特点，广泛应用于工业机械、机器人、自动化设备、医疗设备等领域。
根据结构和控制方式的不同，伺服电动机可以分为直流伺服电动机、交流伺服电动机和步进伺服电动机。
1. 直流伺服电动机：直流伺服电动机是应用最广泛的一种伺服电动机。
它的特点是转矩波动小、动态性能好，可以快速响应外部控制信号，适用于高精度、高速度控制的场合。
直流伺服电动机的控制比较简单，通常采用闭环控制系统，通过编码器反馈信号来实时监测电机转速和位置，进而调整电机的电流和电压。
直流伺服电动机的应用非常广泛，如CNC机床、注塑机、纺织机、纸张机械等工业设备，以及医疗设备、机器人、印刷设备等。
它可以实现高速度、高精度的运动控制，满足不同领域的精确定位和稳定运动需求。
2. 交流伺服电动机：交流伺服电动机逐渐取代直流伺服电动机在某些领域的应用，因为它具有结构简单、体积小、维护方便等优点，同时具备较高的动态性能和较大的功率范围。
交流伺服电动机通常采用矢量控制或矢量直流控制方式，通过闭环反馈控制系统来实现位置和速度的精确控制。
交流伺服电动机的应用范围广泛，如自动化机械、半导体设备、食品包装设备、纺织设备等。
它能够实现高精度、高性能的运动控制，在工业生产过程中提高生产效率和产品质量。
3. 步进伺服电动机：步进伺服电动机是将步进电机与伺服控制器相结合的一种电机。
它具有步进电机的精密定位能力和伺服电机的动态性能，能够实现高精度、高分辨率的位置控制。
步进伺服电动机通过闭环控制系统来保证位置的准确性，通常采用编码器或位置传感器来实时反馈位置信息。
步进伺服电动机广泛应用于自动化设备、医疗设备、印刷设备、纺织设备等领域。
它可用于需要高分辨率、高精度定位的场合，如3D打印机、数控雕刻机、纺织机械等。
总的来说，伺服电动机是一种能够实现高精度、高速度和高可靠性运动控制的电动机。
控制电机(2版)思考题与习题参考答案
控制电机（2版）思考题与习题参考答案（机械工业出版社，李光友等编着）第1章 直流伺服电动机1. 一台直流电动机，其额定电压为110V ，额定电枢电流为0.4A ，额定转速为3600r/min ，电枢电阻为50Ω，空载阻转矩015.0T 0=N ·m ，试问电动机的额定负载转矩是多少？解：,=120,2. 一台型号为55SZ54的直流伺服电动机，其额定电压为110V ，额定电枢电流为0.46A ，额定转矩为093.0 N ·m ，额定转速为3000r/min 。
忽略电动机本身的空载阻转矩0T ，试求电机在额定运行状态时的反电动势a E 和电枢电阻a R 。
解：U= , , 1003. 伺服电动机型号为70SZ54，,V 110U U ,W 55P f N N ===效率m i n /r 3000n %,5.62N N ==η，空载阻转矩0714.0T 0= N ·m 。
试求额定运行时电动机的电枢电流aN I ，电磁转矩e T ，反电动势aN E 和电枢电阻a R 。
解：100，4. 由两台完全相同的直流电机组成的电动机-发电机组。
它们的励磁电压均为110V，电枢绕组电阻均为75Ω。
当发电机空载时，电动机电枢加110V电压，电枢电流为0.12A，机组的转速为4500r/min。
试求：（1）发电机空载时的输出电压为多少？（2）电动机仍加110V电压，发电机负载电阻为1kΩ时，机组的转速为多少?解：（1）（2）由得，, =0.12A, n=4500r/min.接负载时，U=，解得=4207r/min5. 试用分析电枢控制时的类似方法，推导出电枢绕组加恒定电压，而励磁绕组加控制电压时直流伺服电动机的机械特性和调节特性。
并说明这种控制方式有哪些缺点?答：磁场控制时电枢电压保持不变。
机械特性是指励磁电压不变时电动机转速随电磁转矩变化的关系，即 = 。
由公式可知，当控制电压加载励磁绕组上，即采用磁场控制时，随着控制信号减弱，减小，k增大，机械特性变软。
简述直流伺服电动机的工作原理
简述直流伺服电动机的工作原理
直流伺服电动机是一种特殊的直流电动机，它具有较高的精度、良好的可靠性，时间和正负响应时间短、大负载范围内任意速度以及简洁的空间配置等特点，用于控制运动的设备和系统，是工业生产中的重要控制元件。
直流伺服电动机的工作原理很简单，它通过电源对电动机的定子绕组产生直流电流，从而在定子绕组上产生磁通。
当调节电流的大小时，所产生的磁通也会发生改变，从而改变电动机的转矩。
这就是直流伺服电动机实现速度变化和转矩变化的基础原理。
电动机由定子绕组和转子绕组组成，定子绕组固定在线圈内，转子绕组固定在转子上，当电流进入定子绕组时，定子绕组上会产生磁场，转子上由转子磁铁产生的转子磁场与定子磁场相互作用而产生转矩。
当改变电流的大小或方向时，伺服电动机的转子磁场也会发生改变，从而改变它的转矩和转速。
直流伺服电动机的控制电路一般包括一个电流控制环路和一个电压控制环路的组合，其中电流控制环路用于调节定子绕组的电流，从而改变电动机的转矩；电压控制环路用于调节定子绕组的电压，从而改变电动机的转速。
此外，直流伺服电动机还具有自偏角、自动恢复功能，即电机在调节过程中受到外界的内力，会引起电机的转矩、转速的变化，此时，电流控制环路和电压控制环路会自动调节，使电机能够自动加以恢复，从而保持电机的平衡。
直流伺服电动机因具有优越的运动性能、稳定性和精度，在工业中应用十分广泛，主要应用于直线机械装置、贴标机、搬运机械、卷烟机、织机等设备上。
总之，直流伺服电动机具有良好的性能、可靠性和精度，它既可以调节电动机的转矩，也可以调节它的转速，是一种优良的电动机控制装置，适用于工业的各种自动控制系统。
直流伺服电机
毕业论文论文题目学院专业年级学号学生姓名指导教师完成时间年月肇庆学院教务处制摘要：随着科学技术的不断快速发展，人们对生活质量、生产效率及安全性等方面的要求越来越高，而自动化控制系统以其能将人类从复杂、繁琐危险、的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率等的众多优点被大家所接受并得到了广泛的推广应用，逐渐成为现在生活生产中必不可少的一种科技，因此该设计具有很深远的研究价值。
设计主要是一种基于A VR单片机控制，采用ATmega16的芯片，通过用H桥式控制PWM通过检测光脉冲数进行定位进行对减速电机的控制，从而实现对系统的位置控制。
设计的目的是通过一个位置控制系统来自动控制门得开关，比较手动的，自动控制更省时省力，更安全，而且增加了生活的乐趣。
设计的结果是：所设计的位置控制系统，能较为稳定地对电机进行控制，符合实验的要求。
关键词：AVR单片机H桥式控制减速电机Abstract:With the rapid development of science and technology, more and morepeople on the quality of life, production efficiency and safety aspects of the higher requirements, and the automatic control system for its many advantages canbe complex, tedious, dangerous from human labor environment to liberate and improve the control efficiency ofthe acceptedand popularized widely used, has gradually becomean essentialtechnology in the production of life now, so ithas very far-reachingresearch value of the design. Design is a A VR microcontroller based control, using ATmega16 chip, through the bridge control of PWM by detecting the pulsenumber of positioning control gear motor with H, in order toachieve position control system. The purpose of the design is througha position control system to automatic control door switches,compared with manual, automatic control more time-saving, more secure,and to increase the pleasures of life. The result of the design is: position control system design, can steadily control the motor, meets the test requirements.Keywords: A VR microcontroller H bridge control gear motor目录：第一章：绪论 (5)1.1、直流伺服电机的背景、原理及分类 (5)1.1.1：背景： (5)1.1.2：原理： (6)1.1.3：分类： (6)1.2、直流伺服电机的应用与意义 (7)1.2.1：应用： (7)1.2.2：意义： (7)1.3、国内外现状和发展趋势 (8)第二章：直流伺服电机（减速电机）的工作原理、结构及其基本特性 (10)2.1、直流伺服电机的工作原理、原理 (10)2.2、直流伺服电机的基本特性 (10)2.2.1、直流伺服电机的机械特性 (11)2.2.2、直流伺服电机的调节特性 (12)2.2.3、直流伺服电机的动态特性 (13)2.3、直流减速电机 (18)第三章：A VR单片机系统的结构概况 (19)3.1、单片机的基本组成结构 (19)3.2、A VR单片机的介绍 (21)3.3、ATmega16单片机的介绍 (23)第四章：A VR单片机实现位置控制 (27)4.1、设计的原理: (27)4.1.1、H桥电路 (27)4.2、设计的电路框图 (31)4.2.1、独立按键： (31)4.2.2、光电码盘： (31)4.2.3、A VR单片机最小系统 (32)4.2.4、H桥驱动 (32)4.2.5、直流电机 (33)第五章：总结 (33)参考文献： (34)致谢： (37)第一章：绪论1.1、直流伺服电机的背景、原理及分类1.1.1：背景：近半个世纪以来，随着科学技术的快速发展进步，关于直流伺服控制技术的各项研究已经慢慢地走向成熟，直流伺服控制系统也随之得到了很大的重视，在研究探讨中不断的进步，在系统性能要求较高以及市场的急切需求的情况下得到了更深层次的理解，得到了广大人们的广泛地应用。
控制电机 第一章 直流伺服电机 1 原理与运行特性
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
斜率k1：
k1 1 C e
是由电机本身参数决定的常数，与负载无关。
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
（2）总阻转矩对调节特性的影响
总阻转矩Ts变化时，Ua0∝Ts ，斜率k1保持不变。
因此对应于不同的总阻转矩Ts1 、 Ts2 、Ts3 、… ，可以 得到一组相互平行的调节特性。
n
Ua0 k1 –
–
始动电压 特性斜率
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
（1） Ua0和k1的物理意义
始动电压Ua0 ：电动机处在待动而又未动临界状态时的电压。 Ua Ts Ra 由 n ，当n=0时，便可求得： 2 C e C e C t Ra U a U a0 Ts C t 由于Ua0∝Ts ，即负载转矩越大，Ua0越高。 控制电压从0到Ua0范围内，电机不转动，称为电动机的死区。
1.1 伺服电动机概述
自动控制系统对伺服电动机的基本要求： (1) 宽广的调速范围。伺服电动机的转速随着控制电 压的改变能在宽广的范围内连续调节。 (2) 机械特性和调节特性均为线性。线性的机械特性 和调节特性有利于提高自动控制系统的动态精度。 机械特性：控制电压一定时，转速随转矩的变 化关系； 调节特性：电动机转矩一定时，转速随控制电 压的变化关系。 (3) 无“自转”现象。伺服电动机在控制电压为零时 能立自行停转。 (4) 快速响应。电动机的机电时间常数要小，相应地 伺服电动机要有较大的培转转矩和较小的转动惯量。 这样，电动机的转速便能随着控制电压的改变而迅 速变化。
第1章 直流伺服电动机
1.1 伺服电动机概述 1.2 直流伺服电动机的原理 1.3 直流伺服电动机运行特性 1.4 直流伺服电动机的控制方式 1.5 直流伺服电动机的动态特性与特种电机 1.6 直流伺服电动机的PWM控制 1.7 直流伺服电动机的应用
直流电机伺服系统
第四节 直流电机伺服系统伺服电机是转速及方向都受控制电压信号控制的一类电动机，常在自动控制系统用作执行元件。
伺服电机分为直流、交流两大类。
直流伺服电机在电枢控制时具有良好的机械特性和调节特性。
机电时间常数小，起动电压低。
其缺点是由于有电刷和换向器，造成的摩擦转矩比较大，有火花干扰及维护不便。
直流伺服电动机的结构与一般的电机结构相似，也是由定子、转子和电刷等部分组成，在定子上有励磁绕组和补偿绕组，转子绕组通过电刷供电。
由于转子磁场和定子磁场始终正交，因而产生转矩使转子转动。
由图6-30可知，定子励磁电流产生定子电势F s ，转子电枢电流αi 产生转子磁势为F r ，F s 和F r 垂直正交，补偿磁阻与电枢绕组串联，电流αi 又产生补偿磁势F c ，F c 与F r 方向相反，它的作用是抵消电枢磁场对定子磁场的扭斜，使电动机有良好的调速特性。
永磁直流伺服电动机的转子绕组是通过电刷供电，并在转子的尾部装有测速发电机和旋转变压器（或光电编码器），它的定子磁极是永久磁铁。
我国稀土永磁材料有很大的磁能积和极大的矫顽力，把永磁材料用在电动机中不但可以节约能源，还可以减少电动机发热，减少电动机体积。
永磁式直流伺服电动机与普通直流电动机相比有更高的过载能力，更大的转矩转动惯量比，调速范围大等优点。
因此，永磁式直流伺服电动机曾广泛应用于数控机床进给伺服系统。
由于近年来出现了性能更好的转子为永磁铁的交流伺服电动机，永磁直流电动机在数控机床上的应用才越来越少。
二、直流伺服电机的调速原理和常用的调速方法由电工学的知识可知：在转子磁场不饱和的情况下，改变电枢电压即可改变转子转速。
直流电机的转速和其它参量的关系可用式6-19表示：φe K IRU n -=（6-19） 式中：n ——转速，单位为rpm ；U ——电枢电压，单位为V ； I ——电枢电流，单位为A ；R ——电枢回路总电压，单位为Ω； φ——励磁磁通，单位为Wb （韦伯）； K e ——由电机结构决定的电动势常数。
直流伺服电机
2.宽调速直流伺服电机
1、结构
2.宽调速直流伺服电机
1、特点（5）
(1)高转矩 （3）动态响应好 （5）易于调试
（2）过载能力强
（4）调速范围宽，运行平稳
直流伺服电机
什么叫伺服电动机？
在伺服机构的末端，根据输入 信号来操纵或驱动负载机械的动力元件 直流伺服电动机具有起动转矩大、调速 范围宽、机械特性和调节特性线性度好、控制 方便等优点，被广泛应用在闭环或半闭环控制 的伺服系统中。
直流伺服电机
直流伺服电动机的分类
1、按结构分：永磁式和电磁式
2、 按 励 磁 分
直流伺服电机
目的：
1、了解伺服电机的结构与原理；
2、掌握直流伺服电机的特点。
内容：
一、小惯量直流伺服电机；
二、宽调速直流伺服电机。
直流伺服电机
直流电机因调速方便，较硬机械持性，所以 数控伺服系统中早有使用，但由于数控机床的特 殊要求，如：高位移精度，宽调速范围，带负载 能力强，运动稳定等，一般的直流电机不能满足 要求。因为，一般直流电机的转动惯量过大，而 其输出力矩则相对地过小，这样它的动态特性就 比较差，尤其是在低速运转条件下，这个缺点就 更为突出。因此，目前在进给伺服系统中使用的 都是近年发展起来的大功率直流伺服电机。
组或电枢绕组的接线端对调就可改变转向。
1.小惯量直流伺服电机
七、直流伺服电机驱动器
1.小惯量直流伺服电机
七、直流伺服电机驱动器
直流伺服电机 驱动器主要用于接收编 码器的反馈信号和主机 给定的速度信号，实时 地控制伺服电机电枢电 压。驱动器与伺服电机 配套使用.
驱动器的型号为：DA0D020DT64S00。
1.小惯量直流伺服电机
直流电动机毕业论文
第一章直流电动机简介1.1直流电动机的发展近三十年来针对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找控制异步电动机转矩的方法，稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。
无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的，这一渊源关系从其名称中就可以看出来。
有刷直流电动机从19世纪40年代出现以来，以其优良的转矩控制特性，在相当长的一段时间内一直在运动控制领域占据主导地位。
但是，有机械接触电刷-换向器一直是电流电机的一个致命弱点，它降低了系统的可靠性，限制了其在很多场合中的使用。
为了取代有刷直流电动机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。
早在1917年，Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。
无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性,同时也是频率变化的装置,所以又名直流变频,国际通用名词为BLDC.无刷直流电机的运转效率,低速转矩,转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好,所以值得业界关注.本产品已经生产超过55kW,可设计到400kW,可以解决产业界节电与高性能驱动的需求。
我国对无刷直流电动机的研究起步较晚。
1987年，在北京举办的联邦德国金属加工设备展览会上，SIEMENS和BOSCH两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了国内有关学者的广泛注意，自此国内掀起了研制开发和技术引进的热潮。
经过多年的努力，目前，国内已有无刷直流电动机的系列产品，形成了一定的生产规模。
1.2直流电机的结构直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。
直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。
运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕阻、换向器和风扇等组成。
电机与电气控制(第4版)课件全套 第1--5篇 直流电机及拖动---电气控制技术
第5章 三相变压器
内容提要 三相变压器的磁路结构及特点。 三相变压器的电路系统。 判断绕组极性的方法。 电力系统常采用多台变压器并联运行的意义，以及变压器并联运行的条件。
第6章 其他用途的变压器
内容提要 自耦变压器的结构特点、电磁关系、容量以及使用时的注意事项。 仪用互感器的结构特点、工作原理以及互感器与被测线路的连接方法、使用中的注意事项。 电弧焊工艺对电焊变压器的要求；电焊变压器应具有急剧下降的外特性；其输出电流I2在一定 范围内应具有可调性；为实现I2可调所采用的方法不同，便有不同的电焊变压器。这些电焊压器 均有着不同的结构特点。
第4章 单相变压器
内容提要 变压器的用途和结构。 变压器的运行原理。 阐述分析变压器运行的三种方法—电磁平衡关系、等值电路和向量图。 变压器参数的测定。 衡量变压器运行性能的重要标志是外特性和效率特性。掌握这些知识为选择、使用、维护变 压器奠定基础。
3．变压器的效率特性 当变压器电源电压和功率因数一定时，效率 随负载电流 （即负载系数 ）的变化关 系 称为变压器的效率特性，其变化规律如图4.29所示。
第1章 直流电机原理
内容提要 本章主要讲述直流电动机的基本工作原理；直流电动机的结构以及各部件的作用，重点介
绍能量转换的核心部件—电枢绕组不同形式的连接规律和特点。 感应电势和电磁转矩的计算。 直流电动机不同励磁方式的特点。 直流电机的磁场以及改善换向的方法。
1.1 直流电机基本工作原理
（4）单叠绕组和单波绕组的应用。
1.3.2 直流电机的磁场
1．直流电动机的分类 （1）直流他励电动机。 （2）直流并励电动机。 （3）直流串励电动机。 （4）直流复励电动机。
3．改善换向的方法 产生火花的电磁原因是换向元件K中出现了附加电流 ，因此要改善换 向，就得从减小甚至消除附加电流 着手。
直流伺服电动机结构
直流伺服电动机结构
流伺服电动机的结构包括转子、定子和其它附件。
1. 转子：包括电枢铁芯和永磁体。
电枢铁芯固定在电机轴上，永磁体装在电枢铁芯周围，其轴向位置对应于电枢绕组换向器片的几何中心。
2. 定子：包括凸极铁芯和均匀排列在凸极上的换向极绕组。
凸极铁芯用绝缘材料固定在电机外壳上，换向极绕组通过支架固定在凸极铁芯上，且凸极和换向极绕组的支架的外径一般均小于电枢铁芯，以保证足够的磁导率。
3. 其它附件：包括风扇、轴承、轴承支架、定位档块等。
定位档块用于限制电机轴向尺寸，也用于迫使电机在一定转速范围内变矩减小，防止超出额定负载时出现过大的失步。
风扇通常直接驱动伺服电机，以便散热。
另外，伺服电机也有多种控制装置，如极螺旋控制器和测速发电机或霍尔元件反馈器，这些可用于弱磁控制。
总的来说，直流伺服电动机的这些结构部分使得电机能够提供高精度和稳定的转矩，使其广泛应用于各种控制系统中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
21
3.运动控制板卡和打印软件： 3.1运动控制板卡 KONICA256控制系统，包括伺服控制卡、喷头 控制板、供墨系统板，主控板为USB接口。 3.2喷绘软件－蒙泰喷绘软件 可接受PostScript文件、TIFF、JPG、EPS图形文 件；直接打印输出，速度快捷，自动大幅分 块输出。 3.3、送布电机和小车板电机
第1章
直流伺服电动机
组员分工
工作原理、结构：刘海峰 种类：兰鹏 机械特性：茅春磊 调节特性、动态特性：王振华 启动：季明敏 调速：陈泉 改变转向：张旋 应用案例：李金鑫 PPT制作：司崇浩、卞文硕
组长：卞文硕2来自第1章 直流伺服电动机
1.1 直流伺服电动机的工作原理和结构 1.2直流伺服电动机的类型 1.3直流伺服电动机的基本特性 1.4直流伺服电动机的拖动 1.5直流伺服电动机的应用案例
13
1.4直流伺服电动机的拖动
1.直流电动机的启动
电动机从静止状态过渡到稳速的过程叫启动 过程。电机的启动性能有以下几点要求： 1）启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时 阻转矩。 2）启动时电枢电流要尽可能的小。 3）电动机有较小的转动惯量和在加速过程中 保持足够大的电磁转矩，以利于缩短启动时间。 直流电动机采用电枢回路串电阻或降压启动。
22
喷绘机中的电机从功能上分为3类：墨泵电机，送布 电机和小车板电机。 目前喷绘机的送布电机和小车板电机从电机类型上分 为步进电机和伺服电机，伺服电机又分为直流有刷电 机和交流无刷电机。 步进电机在低速时扭矩大，但步进电机的机构决定了 步进电机无法支持600RPM以上的速度，另外，由于步 进电机在停机时定位时的缺陷会造成走位误差，已经 无法满足现在喷绘机高速高效的要求。
14
2.直流电动机的调速
由
可知直流电动机的调速可以有： 1）改变电枢电源电压 2）在电枢回路中串调节电阻 3）改变磁通，即改变励磁回路的调节电阻Rf 以改变励磁电流。 改变电动机的电压、磁通、电枢回路总电阻时， 对应的机械特性为（如图）
15
3.改变直流电动机转向的方法
改变电动机的转向，就必须改变电磁转矩的 方向。根据左手定则可知，改变电磁转矩的 方向有两种方法： 1）改变磁通的方向 2）改变电流的方向 注意：磁通和电流的方向只能改变一个。 4.使用中必须注意的问题 1）启动时要使励磁磁通最大 2）切勿使励磁回路断开
7
电枢连续旋转，导体ab,cd中电流的方向不断 变化，交替在N极和S极下受电磁力作用，从 而使得电动机按一定的方向连续旋转。换向 器，使电刷通过换向片只与处于一定极性下 的导体相连接，从而使导体中的电流方向发 生变化。
8
1.2直流伺服电动机的类型
直流伺服电动机有传统式结构和低惯量型两大类 传统式直流伺服电动机的结构形式和普通直流电 动机基本相同。按励磁方式可分为永磁式和电磁 式两种。
23
由于伺服电机响应快，速度高，并且定位精度高 的特点，现在喷绘机普遍选用这一类电机作为送 布电机和小车板控制电机。届于成本的压力，目 前在中低速喷绘机上的主流电机为低压直流伺服 电机，配套的控制器分别有模拟伺服驱动器和全 数字伺服驱动器。模拟伺服驱动器以深圳雷赛科 技的DB810A为代表，全数字伺服驱动器厂商国 内主要由上海哲佑P系统和深圳雷赛的DCS810系 列为代表。由于模拟电路在使用中的漂移性， 从而使得模拟伺服驱动器不太适合高速定位的应用。
直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩） 下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变 化而变化的规律，被称为直流电机的调节 特性。
直流电机的调节特性曲线 12
斜率K反映了电机转速n随控制电压Ua的变 化而变化快慢的关系，其值大小与负载大 小无关，仅取决于电机本身的结构和技术 参数。 3.动态特性 从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在 一个过渡过程，这就是直流电机的动态特 性。
16
1.5直流伺服电动机的应用案例
直流电动机具有良好的起动性能和调速性 因此，广泛地用于驱动轧钢机、金属切削机 床、起重设备和电气机车中，它尤其适用于 高精度、高性能地电力拖动系统。下面以喷 绘机为例： 1.大幅面喷绘机的电机描述： 墨泵电机：控制喷头散喷； 送布电机：形成自 动送布系统； 主轴电机：控制小车板的行程和 位置
常用的低惯量型直流伺服电动机有以下几种: 1)盘形电枢直流伺服电动机。 2)空心杯形电枢永磁式直疏伺服电动机。 3)无槽电枢直流伺服电动机。
9
1.3直流伺服电动机的基本特性
1.机械特性
在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电 磁转矩M变化而变化的规律，称直流电机的机械特性。
直流电机的机械特性曲线
24
25
10
K值大表示电磁转矩的变化引起电机转速的 变化大，这种情况称直流电机的机械特性 软；反之，斜率K值小，电机的机械特性硬。 在直流伺服系统中，总是希望电机的机械 特性硬一些，这样，当带动的负载变化时， 引起的电机转速变化小，有利于提高重流 电机的速度稳定性和工件的加工精度。 功 耗增大。
11
2、调节特性
3
1.1 直流伺服电动机的工作原理和结构
1.直流伺服电动机的结构
定子：定子铁心、励磁绕组、 机壳、端盖、电刷
转子：电枢绕组、换向器、 电枢铁心、转轴
4
直 流 电 机 定 子 结 构
5
直 流 电 机 转 子 结 构
6
2.直流伺服电动机的工作原理
导体ab,cd中通入图中所示 方向的电流，根据电磁力定 律，可以判断载流导体ab, cd在磁场中受力方向，形成 逆时针方向电磁力矩，线圈 逆时针旋转。当线圈转动 180度，导体cd处于N极下， 电流由c 到d，S极下导体电流 由b到a，导体受力仍然是逆时 针方向。
17
18
2.喷绘机系统设计：
19
2.1运动控制系统：KONICA256控制系统，包 括伺服控制卡、喷头控制板、供墨系统板
2.2主轴系统：全数字直流伺服驱动器 （PH100DC），主轴电机（PM100DC-
100W）； 2.3送布系统：全数字直流伺服驱动器
（PH100DC），送布轴电机（PM100DC100W） 2.4喷头：KONICA256