常用的直流电动机有：永磁式直流电机(有槽、无槽、杯型、47
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转矩。电枢回路的电压平衡方程式为:
Ua Ia Ra Ea
（6.2）
Ua─ 电枢上的外加电压；Ra─ 电枢电阻；Ea─ 电枢反电势。
电枢反电势与转速之间有以下关系：
Ea Ke
（6.3）
Ke─电势常数；ω─电机转速（角速度）。
根据以上各式可以求得：
Ua
Ra
TM
Ke Ke KT 2
（6.4）
电流检测
速度反馈
编码器
电机
•
• 速度环：速度调节（PI），作用：好的静态、动态特性。
• 电流环：电流调节(P或PI)。作用：加快响应、启动、低频稳定等。 • 触发脉冲发生器：产生移相脉冲，使可控硅触发角前移或后移。 • 可控硅整流放大器：整流、放大、驱动，使电机转动。
§6.4 直流伺服电机 （五） 直流进给运动的速度控制 (1)晶闸管调速系统
主回路波形图
α
1a
3b
5c
a
b
2c
4a
(一）直流伺服电机的结构
机壳 极靴
瓦状永磁材料（定子） 电枢（转子）
换向极
主磁极 定子 转子
线圈
图6.5永磁直流伺服电机的结构
图6.6直流主轴电机结构示意图
§6.4 直流伺服电机
（二）一般直流电机的工作特性
1. 静态特性
电磁转矩由下式表示:
TM KT Ia
（6.1）
KT —转矩常数； Φ—磁场磁通；Ia —电枢电流；TM —电磁
1. 永磁直流伺服电机的性能特点 1) 低转速大惯量 2) 转矩大 3) 起动力矩大 4) 调速泛围大，低速运行平稳，力矩波动小
2. 永磁直流伺服电机性能用特性曲线和数据表描述 1) 转矩-速度特性曲线（工作曲线） 2) 负载-工作周期曲线
过载倍数Tmd，负载工作周期比 d。 3) 数据表：N、T、时间常数、转动惯量等等。
§6.4 直流伺服电机 （三）永磁直流伺服电机的工作特性
3.永磁直流伺服电机的工作特性曲线
d%
M/（N-cm）
转矩极限
12000
80
10000
瞬时换向极限
8000
Ⅲ
60
6000 Ⅱ
换向极限
4000
温度极限
2000 Ⅰ
速度极限 40
d 20
110% 120% 130% 140% 160% 180%
200%
§6.4 直流伺服电机 （二）一般直流电机的工作特性
2. 动态特性 直流电机的动态力矩平衡方程式为
TM TL J d
dt
式中
TM ─电机电磁转矩； TL ─ 折算到电机轴上的负载转矩； ω ─ 电机转子角速度；
J ─ 电机转子上总转动惯量；
t ─时间自变量。
（6.8）
§6.4 直流伺服电机
（三wenku.baidu.com永磁直流伺服电机的工作特性
（1、3、5）和共阳极组（2、4、6）。为构成回路，这二组中必须各有一 个可控硅同时导通。 1、3、5在正半周导通， 2、4、6在负半周导通。每 组内（即二相间）触发脉冲相位相差120º，每相内二个触发脉冲相差180º。 按管号排列，触发脉冲的顺序：1-2-3-4-5-6，相邻之间相位差60º。
为保证合闸后两个串联可控硅能同时导通，或已截止的相再次导通， 采用双脉冲控制。既每个触发脉冲在导通60º后，在补发一个辅助脉冲；也 可以采用宽脉冲控制，宽度大于60º，小于120º。
§6.4 直流伺服电机 （二）一般直流电机的工作特性
当负载转矩为零时： 理想空载转速
当转速为零时：
0 Ua K e
启动转矩
Ts
Ua Rg
KT
当电机带动某一负载TL时
电机转速与理想空载转速的差
Ra
TL
KeKT 2
（6.5） ( 6.6） （6.7）
ω（n） ωO
△ω
O
TL TS T
图6.7 直流电机的机械特性
§6.4 直流伺服电机 （五） 直流进给运动的速度控制 (1)晶闸管调速系统
原理：
只要改变可控 硅触发角（即改变 导通角），就能改 变可控硅的整流输 出电压，从而改变 直流伺服电机的转 速。
触发脉冲提前 来，增大整流输出 电压；触发脉冲延 后来，减小整流输 出电压。
u c
a)
u b)
c) d) 5
P,T
1
2
O
nj
nmax
n
图6.10 直流主轴电机特性曲线 1-转矩特性曲线 2-功率特性曲线
§6.4 直流伺服电机
（五） 直流进给运动的速度控制
• 1.、直流伺服电机的调速原理
•
根据机械特性公式可知调速有二种方法:电枢电压Ua和气隙磁通Φ
• ⑴改变电枢外加电压Ua :由于绕组绝缘耐压的限制，调压只能在额定
§6.4 直流伺服电机
常用的直流电动机有：永磁式直流电机（有槽、无槽、杯型、 印刷绕组）
励磁式直流电机 混合式直流电机 无刷直流电机 直流力矩电机
直流进给伺服系统： 永磁式直流电机类型中的有槽电枢永磁直 流电机（普通型）；
直流主轴伺服系统： 励磁式直流电机类型中的他激直流电机。
§6.4 直流伺服电机
§6.4 直流伺服电机（五） 直流进给运动的速度控制晶 (1)晶闸管调速系统
(1) 晶闸管调速系统 1）系统的组成
• 包括 控制回路：速度环、电流环、触发脉冲发生器等。
• 主回路： 可控硅整流放大器等。
UR
ES 速度 IR
E1 电流
+ -
Uf
调节器
+ -
If
调节器
触发脉冲 发生器
可控硅 整流器
电流反馈
•
转速以下进行。属于恒转矩调速。
Ua
Ra
TM 0
Ke Ke KT 2
n Ua
Ra
TM n0 n
Ce Ce CT 2
• ⑵改变气隙磁通量Φ：改激磁电流即可改Φ，在Ua恒定情况下，磁场接 • 近饱和，故只能弱磁调速，在额定转速以上进行。属于恒功率调速。 • 2.直流速度控制单元调速控方式 • ◆晶闸管（可控硅）调速系统 • ◆晶体管脉宽调制（PWM）调速系统
0
500
1000
1500 n
图6﹒8永磁直流伺服电机工作曲线
Ⅰ区为连续工作区； Ⅱ区为断续工作区，由负 载-工作周期曲线决定工作时间；Ⅲ区为瞬时加 减速区
0 1 3 tR 6 10 30 60 100 tR(min)
图6﹒9负载-工作周期曲线
§6.4 直流伺服电机
（四）主轴直流伺服电机的工作原理和特性
2）主回路工作原理
• 组成：由大功率晶闸 管构成的三相全控桥式（三相全波）反并接可逆电路，
分成二大部分（ Ⅰ和 Ⅱ ），每部分内按三相桥式连接，二组反并接，分别
实现正转 和反转。 Ⅰ
Ⅱ
KM
1
35
8
12 10
UD
-
A B C
UM
M
KM
+
462
7
9 11
原理 ： 三相整流器，由二个半波整流电路组成。每部分内又分成共阴极组
Ua Ia Ra Ea
（6.2）
Ua─ 电枢上的外加电压；Ra─ 电枢电阻；Ea─ 电枢反电势。
电枢反电势与转速之间有以下关系：
Ea Ke
（6.3）
Ke─电势常数；ω─电机转速（角速度）。
根据以上各式可以求得：
Ua
Ra
TM
Ke Ke KT 2
（6.4）
电流检测
速度反馈
编码器
电机
•
• 速度环：速度调节（PI），作用：好的静态、动态特性。
• 电流环：电流调节(P或PI)。作用：加快响应、启动、低频稳定等。 • 触发脉冲发生器：产生移相脉冲，使可控硅触发角前移或后移。 • 可控硅整流放大器：整流、放大、驱动，使电机转动。
§6.4 直流伺服电机 （五） 直流进给运动的速度控制 (1)晶闸管调速系统
主回路波形图
α
1a
3b
5c
a
b
2c
4a
(一）直流伺服电机的结构
机壳 极靴
瓦状永磁材料（定子） 电枢（转子）
换向极
主磁极 定子 转子
线圈
图6.5永磁直流伺服电机的结构
图6.6直流主轴电机结构示意图
§6.4 直流伺服电机
（二）一般直流电机的工作特性
1. 静态特性
电磁转矩由下式表示:
TM KT Ia
（6.1）
KT —转矩常数； Φ—磁场磁通；Ia —电枢电流；TM —电磁
1. 永磁直流伺服电机的性能特点 1) 低转速大惯量 2) 转矩大 3) 起动力矩大 4) 调速泛围大，低速运行平稳，力矩波动小
2. 永磁直流伺服电机性能用特性曲线和数据表描述 1) 转矩-速度特性曲线（工作曲线） 2) 负载-工作周期曲线
过载倍数Tmd，负载工作周期比 d。 3) 数据表：N、T、时间常数、转动惯量等等。
§6.4 直流伺服电机 （三）永磁直流伺服电机的工作特性
3.永磁直流伺服电机的工作特性曲线
d%
M/（N-cm）
转矩极限
12000
80
10000
瞬时换向极限
8000
Ⅲ
60
6000 Ⅱ
换向极限
4000
温度极限
2000 Ⅰ
速度极限 40
d 20
110% 120% 130% 140% 160% 180%
200%
§6.4 直流伺服电机 （二）一般直流电机的工作特性
2. 动态特性 直流电机的动态力矩平衡方程式为
TM TL J d
dt
式中
TM ─电机电磁转矩； TL ─ 折算到电机轴上的负载转矩； ω ─ 电机转子角速度；
J ─ 电机转子上总转动惯量；
t ─时间自变量。
（6.8）
§6.4 直流伺服电机
（三wenku.baidu.com永磁直流伺服电机的工作特性
（1、3、5）和共阳极组（2、4、6）。为构成回路，这二组中必须各有一 个可控硅同时导通。 1、3、5在正半周导通， 2、4、6在负半周导通。每 组内（即二相间）触发脉冲相位相差120º，每相内二个触发脉冲相差180º。 按管号排列，触发脉冲的顺序：1-2-3-4-5-6，相邻之间相位差60º。
为保证合闸后两个串联可控硅能同时导通，或已截止的相再次导通， 采用双脉冲控制。既每个触发脉冲在导通60º后，在补发一个辅助脉冲；也 可以采用宽脉冲控制，宽度大于60º，小于120º。
§6.4 直流伺服电机 （二）一般直流电机的工作特性
当负载转矩为零时： 理想空载转速
当转速为零时：
0 Ua K e
启动转矩
Ts
Ua Rg
KT
当电机带动某一负载TL时
电机转速与理想空载转速的差
Ra
TL
KeKT 2
（6.5） ( 6.6） （6.7）
ω（n） ωO
△ω
O
TL TS T
图6.7 直流电机的机械特性
§6.4 直流伺服电机 （五） 直流进给运动的速度控制 (1)晶闸管调速系统
原理：
只要改变可控 硅触发角（即改变 导通角），就能改 变可控硅的整流输 出电压，从而改变 直流伺服电机的转 速。
触发脉冲提前 来，增大整流输出 电压；触发脉冲延 后来，减小整流输 出电压。
u c
a)
u b)
c) d) 5
P,T
1
2
O
nj
nmax
n
图6.10 直流主轴电机特性曲线 1-转矩特性曲线 2-功率特性曲线
§6.4 直流伺服电机
（五） 直流进给运动的速度控制
• 1.、直流伺服电机的调速原理
•
根据机械特性公式可知调速有二种方法:电枢电压Ua和气隙磁通Φ
• ⑴改变电枢外加电压Ua :由于绕组绝缘耐压的限制，调压只能在额定
§6.4 直流伺服电机
常用的直流电动机有：永磁式直流电机（有槽、无槽、杯型、 印刷绕组）
励磁式直流电机 混合式直流电机 无刷直流电机 直流力矩电机
直流进给伺服系统： 永磁式直流电机类型中的有槽电枢永磁直 流电机（普通型）；
直流主轴伺服系统： 励磁式直流电机类型中的他激直流电机。
§6.4 直流伺服电机
§6.4 直流伺服电机（五） 直流进给运动的速度控制晶 (1)晶闸管调速系统
(1) 晶闸管调速系统 1）系统的组成
• 包括 控制回路：速度环、电流环、触发脉冲发生器等。
• 主回路： 可控硅整流放大器等。
UR
ES 速度 IR
E1 电流
+ -
Uf
调节器
+ -
If
调节器
触发脉冲 发生器
可控硅 整流器
电流反馈
•
转速以下进行。属于恒转矩调速。
Ua
Ra
TM 0
Ke Ke KT 2
n Ua
Ra
TM n0 n
Ce Ce CT 2
• ⑵改变气隙磁通量Φ：改激磁电流即可改Φ，在Ua恒定情况下，磁场接 • 近饱和，故只能弱磁调速，在额定转速以上进行。属于恒功率调速。 • 2.直流速度控制单元调速控方式 • ◆晶闸管（可控硅）调速系统 • ◆晶体管脉宽调制（PWM）调速系统
0
500
1000
1500 n
图6﹒8永磁直流伺服电机工作曲线
Ⅰ区为连续工作区； Ⅱ区为断续工作区，由负 载-工作周期曲线决定工作时间；Ⅲ区为瞬时加 减速区
0 1 3 tR 6 10 30 60 100 tR(min)
图6﹒9负载-工作周期曲线
§6.4 直流伺服电机
（四）主轴直流伺服电机的工作原理和特性
2）主回路工作原理
• 组成：由大功率晶闸 管构成的三相全控桥式（三相全波）反并接可逆电路，
分成二大部分（ Ⅰ和 Ⅱ ），每部分内按三相桥式连接，二组反并接，分别
实现正转 和反转。 Ⅰ
Ⅱ
KM
1
35
8
12 10
UD
-
A B C
UM
M
KM
+
462
7
9 11
原理 ： 三相整流器，由二个半波整流电路组成。每部分内又分成共阴极组