直流电动机调速控制系统ppt剖析

电动机带动工作机械的机电伺服系统如图4-3
所示，构成了机电伺服系统。根据动力学得电
动机轴上的运动(转矩)平衡方程式为:
Te-TL=J
d dt
(4-4)
第一节 直流电动机概述
在实际工程计算中，经常用转速n代替角速度ω，
n=60ω/2π；用一个假想飞轮力矩(也称飞轮转矩)GD2
代替转动惯量J（系统等效转动惯量）。GD2和J两者的
n0(即KUe )称为“理想空载转速” 而n(即 R Te 称为转速降落。
KeKM 2
第一节 直流电动机概述
直流电动机机械特性曲线簇
第4章
第二节 直流电动机的单闭环调速系统
第二节
直流电动机的单闭环调速系统
一、 调速的定义
直流伺服电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广 范围内平滑调速，由晶闸管-直流电动机（V-M）组成 的直流伺服调速系统是较早普遍应用的一种自动控制 系统。它在理论和实践上都比较成熟，而且从闭环控 制理论的角度，它又是交流调速系统的基础。
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：
由上式可见Ia，=直U流R电Ca e动n 机和一般的直流电路不一样，
转矩保持方向不变，转
子能沿固定方向均匀地
连续旋转，电刷与外加
直流电源相接，换向片
与电枢导体相接。
直流电动机
电励磁直流伺服电机
直流电机电枢绕组基本形式——单叠绕组
第一节 直流电动机概述
二、永磁直流伺服电动机及工作原理
在伺服系统中使用的直流伺服电动机，按转速
的高低可分为两类：高速直流伺服电动机和低速大
它的电流不仅取决于外加电压和自身电阻，并且还取
决于与转速成正比的反电动势(当为常数) 。将式(4-1)
代入(4-9) 式，可得：
n= U
Ke
-
K
e
Ra KM
2
Te
(4-10)
第一节 直流电动机概述
式(4-10) 称为电动机的固有机械特性，它描述 了电动机的转速与转矩之间的关系。
图4-5是机械特性曲线族。在这一曲线族中， 不同的电枢电压对应于不同的曲线，各曲线是 彼此平行的。
关系为：
J= mD 2 = GD2
4 4g
将这些变换都代入式(4-1-6) 中，可得:
Te-TL=
GD 2 375
. dn dt
Te-TL为动转矩。等于零时？大于零时？小于零时？
第一节 直流电动机概述
(二) 电动机的电压平衡方程式 根据直流电动机的负载情况和转矩平衡方程式，可以
确定电动机的电磁转矩的大小，但这时还不能确定电 动机的转速。还需要进一步从电动机内部的电磁规律 以及电动机与外部的联系去寻找。 电流通过电枢绕组产生电磁力及电磁转矩，这仅仅是 电磁现象的一个方面；另一方面，当电枢在电磁转矩 的作用下一旦转动后，电枢导体还要切割磁力线，产 生感应电动势。 根据法拉第电磁感应定律可知：感应电动势的方向与 电流方向相反，它有阻止电流流入电枢绕组的作用， 因此电动机的感应电动势是一种反电动势。
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。
扭矩宽调速电动机。目前在数控机床进给驱动中采
用的直流电动机主要是70年代研制成功的大惯量宽
调速直流伺服电动机。
这种电动机分为电励磁和永久磁铁励磁两种，
但占主导地位的是永久磁铁励磁式(永磁式)电动机。
图4-2是其基本原理的示意图（请同学们朗读原理）。
Байду номын сангаас
第一节 直流电动机概述
图4-2 直流伺服电动机工作原理示意图
第一节 直流电动机概述
这样，电动机的输出转矩Tr就等于电磁转矩Te减去电动 机本身的阻转矩T0，所以当电动机克服负载转矩T匀速 旋转时，即有：
Tr=Te-T0=TL
(4-3)
上式就是电磁转矩平衡方程式。 一般情况下，TL>>T0，认为Te=TL（匀速时）
第一节 直流电动机概述
在实际中，有些电动机经常运行在转速变化的 情况下，例如起动、停转或反转，因此也必须 考虑转速改变时的转矩平衡关系。
一、直流伺服电动机的基本结构 直流伺服电动机具有良好的启动、制动
和调速特性，可很方便地在宽范围内实 现平滑无级调速，故多采用在对伺服电 动机的调速性能要求较高的生产设备中。 如图4-1所示，直流伺服电动机的结构 主要包括三大部分：
第一节 直流电动机概述
(一) 定子
定子磁极磁场由定子的磁极产生。根据产生磁场
所谓调速，是指在某一具体负载情况下，通过改变电 动机或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改变， 从而使电动机转速发生变化或保持不变。即调速包含 两方面： 其一、在一定范围内“变速”。如图4-6所示。
伺服系统
第4 章
直流电动机调速控制系统
内容提要
第一节 直流电动机概述 第二节 直流电动机的单闭环调速系统 第三节 双闭环直流电动机调速系统 第四节 直流脉宽调速控制系统 第五节 转速、电流双闭环调速系统的工
程设计法 第六节 伺服控制系统的计算机辅助设计
第4章
第一节 直流电动机概述
第一节 直流电动机概述
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。
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