第三章 直流电动机速度控制系统

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第一节 直流电动机控制基础
• 直流伺服电机的分类 直流电机按其励磁方式分为永磁式、励磁式(他 励、并励、串励、复励)、混合式(励磁和永磁 合成)三种；按电枢结构分为有槽、无槽、印刷 绕组、空心杯形等；按输出量分为位置、速度、 转矩(或力)三种控制系统；按运动模式分为增 量式和连续式；按性能特点及用途不同又有不 同品种。
Ra+R2
Ra+R3
0
Id
图3－1 直流电动机调阻调速时的机械特性
1-13
减弱磁通调速法
nK U eKeK R m 2Ten0n（3-3）
• 理想空载转速 n 0 将随 的减少而
增大。
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减弱磁通调速法
• 保持电枢电压为额定值， • 电枢回路不加入附加电阻， • 减小直流电动机的励磁电流以减
第三章 直流电动机 速度控制系统
直流电动机具有良好的起、制动性能，宜 于在大范围内调速，在许多需要调速或快速正 反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近 年来，高性能交流调速技术发展很快，交流调 速系统有逐步取代直流调速系统的趋势。然而， 直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比 较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流 拖动控制系统的基础。因此，应该首先很好的 掌握直流拖动控制系统。
弱磁通，
• 电动机带负载时的速降n与 2成
反比 。
1-15
n n03
n02
Ф3
n01
Ф2
Ф1 n0
ФN
ФN >Ф1>Ф2>Ф3
0 Te
图3－2 直流电动机弱Байду номын сангаас调速时的机械特性
1-16
调节电枢电压调速法
nU K e IdRK U e K R e Idn0 n
（3-4） • 用改变电动机电枢的外加电压U来实
动势常数。
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调节直流电动机的转速的方法：
• 改变电枢回路电阻调速法 • 减弱磁通调速法 • 调节电枢电压调速法
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改变电枢回路电阻调速法
n U Id K (R e a R a) d d K U e R a K e R ad Idd n 0 n
（3-2）
么？ 3 某调速系统中电动机的参数如下：
PN=10kW,UN=220V,IN=55A,nN=1000r/min， Ra=0.1欧，若采用开环控制，且仅考虑电枢电阻的影响， 试计算下列各题：
(1)额定负载时系统的静态速降？ (2)若要求静差率为10%，则系统的调速范围是多少？ (3)若要求调速范围为10，求系统允许的静差率为多少？ (4)若要求调速范围是10，静差率为10%，则系统允 许的静态速降为多少？
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第一节 直流电动机控制基础
• 电磁式直流电机的种类
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第一节 直流电动机控制基础
• 二、感应电动势和电磁转矩 • 三、他励直流电动机的机械特性 • 四、调速原理与调速特性
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课后作业
1 简述直流电动机有几种调速方法？各自有哪些特点？ 2 什么是调速范围？什么是静差率？它们之间的关系是什
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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。
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三种调速方法之比较
• 改变电枢回路电阻调速只能对电动机 转速作有级的调节，转速的稳定性差， 调速系统效率低。
• 减弱磁通调速能够实现平滑调速，但 只能在基速（额定转速）以上的范围 内调节转速。
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• 调节电枢电压调速所得到的人为机械 特性与电动机的固有机械特性平行， 转速的稳定性好，能在基速（额定转 速）以下实现平滑调速。
现直流电机的调速。
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调节电枢电压调速法
• 保持直流电动机的磁通为额定值， • 电枢回路不串入外加电阻， • 理想空载转速将随U的减少而成比
例地降低，
• 转速降落则 n 与U的大小无关。
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n
n0
UN
n01
n02
U1
U2
n03
U3
UN>U1>U2>U3
Id 图3－3直流电动机调压调速时的机械特性
• 直流调速系统往往以调压调速为主， 只有当转速要达到基速以上时才辅以 弱磁调速。
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四、 调速系统要求和性能指标
1 调速范围和静差率 • 在调速系统的稳态性能中，主要有两
个要求： 1）调速，要求系统能够在指定的
范围内的转速上运行。 2）稳速，要求系统调速的重复性
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第一节 直流电动机控制基础
直流电动机的工作原理
结构说明见备注
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第一节
直流电动机控制基础
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。
• 电枢回路串接外加电阻 Radd ,通过增大 Radd
的方法实现直流电动机的调速。
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• 保持直流电动机外加电枢电压与励磁磁通为额 定值，
• 直流电动机的理想空载转速不变 ，
• 转速降落n将随Radd的增加而增大。
• 外加电阻的阻值越大，机械特性的斜率就越大。
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n n0
Ra
Ra+R1
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直流电动机的调速方法
直流电动机转速和其它参量之间的稳态 关系可表示为：
n U K e Id R K U e K R e Id n 0 n (3 1 )
式中： n－转速（r/min） R－电枢回路总电阻(Ω)
U －电枢电压(V) －励磁磁通（Wb） I d －电枢电流(A) K e －由电机结构决定的电