直流伺服电机原理
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直流伺服电机的机构
伺服电机及其控制方法培训教程
• 直流电机的特点
调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动 机在一定负载的条件下，根据需要，人为地 改变电动机的转速。直流电动机可以在重负 载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而 且调速范围较宽。 起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调 节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀 调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷 扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机 拖动。
大惯量直流电机——数控机床的主轴电机 特种形式的低惯量直流电机
伺服电机及其控制方法培训教程
主要技术参数：
额定功率Pe 额定电压Ue 额定电流Ie 额定转速ne 额定转矩MIe 调速范围D
直流伺服电机的选择，是根据被驱动机械的负载转矩、运 动规律和控制要求来确定
伺服电机及其控制方法培训教程
主要参数 额定功率Pe：指轴上输出的机械功率，它等于额
伺服电机及其控制方法培训教程
伺服电机及其控制方法
第1讲 直流有刷电机原理
陈晓鹏
伺服电机及其控制方法培训教程
• 本讲提纲
直流伺服电动机原理
• 什么是直流伺服电机 • 直流伺服电机的结构及工作原理 • 直流伺服的电机分类 • 直流伺服电机的特性
伺服电机及其控制方法培训教程
• 什么是直流电机
是将机械能转换为直流电能或将直流电能 转换为机械能的一种装置。 把机械能转换为电能的直流电机称为直流 发电机(dc generators)，把电能转换为机 械能的直流电机称为直流电动机(dc motor)。
伺服电机及其控制方法培训教程
直流电机的机构
伺服电机及其控制方法培训教程
• 直流电机分类
• 永磁式 • 电磁式
伺服电机及其控制方法培训教程
直流电机空载是指电机对外无功率 输出、不带负载空转的一种状态。 直流电机空载时，励磁绕组内有励 磁电流，电动机电枢电流很小可忽 略
伺服电机及其控制方法培训教程
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。
伺服电机及其控制方法培训教程
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： 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，有利于提高直流电 机的速度稳定性和工件的加工精 度。 功耗增大。
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调节特性
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 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。
控制直流伺服电机电磁转矩和速度的方法： （1）改变电枢电压 U a 即改变电枢电流 I a
（2）改变励磁电流 I f 即改变磁通
线性好，控制方便，相应速度快，输出转矩大
伺服电机及其控制方法培训教程
速度控制技术指标
（1）调速范围D—电机在额定负载下
D nmax n min
（2）静差度S—电机由理想空载增加到额定负载
伺服电机及其控制方法培训教程
直流电动机的结构
伺服电机及其控制方法培训教程
（1）定子：定子磁极磁场由定子的磁极产生。根据 产生磁场的方式，直流伺服电机可分为永磁式和 电磁式。永磁式磁极由永磁材料制成，电激式磁 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。
（2）转子：又称为电枢，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。
伺服电机及其控制方法培训教程
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。
t
t
KUa
1eTm
决定时间常数的主要因素有：惯性J的影响、电枢回路电阻Ra的影响、机械 特性硬度的影响。
伺服电机及其控制方法培训教程
分类：
直流伺服电机的种类
小惯量直流电机——印刷电路板的自动钻孔机 中惯量直流电机（宽调速直流电机）——数控 机床的进给系统
（3）电刷和换向片：为使所产生的电磁转矩保持 恒定方向，转子能沿固定方向均匀的连续旋转， 电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相 接。
伺服电机及其控制方法培训教程
换向器和电刷的作用
在直流电动机中，换向器和电刷的共同作用： （1）将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电； （2）把外面不转的电路与转动的电路联接。
伺服电机及其控制方法培训教程
直流伺服电机的基本特性： 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。
2、调节特性
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。
定电压、额定电流及额定效率的乘积，即PN=
UNINhN。
额定电压Ue：电机长期安全运行时所能承受的电
压（V）。
额定电流Ie：指电机按规定的工作方式运行时，
电枢绕组允许通过的电流（A）。
Βιβλιοθήκη Baidu
伺服电机及其控制方法培训教程
额定转速ne：指电机在额定电压、额定电流和额
定功率情况下运行的电机转速（r/min）。
时转速降落 n e 与理想转速 n 0 之比
sn0 ne ne
n0
n0
（3）调速的平滑性Q—两个相近转速之比 Q
ni n i 1
Q越接近于1，平滑性越好
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速度控制原理
直流电机的输出电磁转 矩表达式：
T faD 2 v N B a la v D i 2 N ll2 I a a 2 2 pN 2 p a N I a C T I a
pN
CT 2a 称为转矩常数，与电机结构有关的参数
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• 直流电机的特点
调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动 机在一定负载的条件下，根据需要，人为地 改变电动机的转速。直流电动机可以在重负 载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而 且调速范围较宽。 起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调 节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀 调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷 扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机 拖动。
大惯量直流电机——数控机床的主轴电机 特种形式的低惯量直流电机
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主要技术参数：
额定功率Pe 额定电压Ue 额定电流Ie 额定转速ne 额定转矩MIe 调速范围D
直流伺服电机的选择，是根据被驱动机械的负载转矩、运 动规律和控制要求来确定
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主要参数 额定功率Pe：指轴上输出的机械功率，它等于额
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伺服电机及其控制方法
第1讲 直流有刷电机原理
陈晓鹏
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• 本讲提纲
直流伺服电动机原理
• 什么是直流伺服电机 • 直流伺服电机的结构及工作原理 • 直流伺服的电机分类 • 直流伺服电机的特性
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• 什么是直流电机
是将机械能转换为直流电能或将直流电能 转换为机械能的一种装置。 把机械能转换为电能的直流电机称为直流 发电机(dc generators)，把电能转换为机 械能的直流电机称为直流电动机(dc motor)。
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直流电机的机构
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• 直流电机分类
• 永磁式 • 电磁式
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直流电机空载是指电机对外无功率 输出、不带负载空转的一种状态。 直流电机空载时，励磁绕组内有励 磁电流，电动机电枢电流很小可忽 略
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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。
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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： 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，有利于提高直流电 机的速度稳定性和工件的加工精 度。 功耗增大。
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调节特性
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 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。
控制直流伺服电机电磁转矩和速度的方法： （1）改变电枢电压 U a 即改变电枢电流 I a
（2）改变励磁电流 I f 即改变磁通
线性好，控制方便，相应速度快，输出转矩大
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速度控制技术指标
（1）调速范围D—电机在额定负载下
D nmax n min
（2）静差度S—电机由理想空载增加到额定负载
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直流电动机的结构
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（1）定子：定子磁极磁场由定子的磁极产生。根据 产生磁场的方式，直流伺服电机可分为永磁式和 电磁式。永磁式磁极由永磁材料制成，电激式磁 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。
（2）转子：又称为电枢，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。
伺服电机及其控制方法培训教程
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。
t
t
KUa
1eTm
决定时间常数的主要因素有：惯性J的影响、电枢回路电阻Ra的影响、机械 特性硬度的影响。
伺服电机及其控制方法培训教程
分类：
直流伺服电机的种类
小惯量直流电机——印刷电路板的自动钻孔机 中惯量直流电机（宽调速直流电机）——数控 机床的进给系统
（3）电刷和换向片：为使所产生的电磁转矩保持 恒定方向，转子能沿固定方向均匀的连续旋转， 电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相 接。
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换向器和电刷的作用
在直流电动机中，换向器和电刷的共同作用： （1）将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电； （2）把外面不转的电路与转动的电路联接。
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直流伺服电机的基本特性： 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。
2、调节特性
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。
定电压、额定电流及额定效率的乘积，即PN=
UNINhN。
额定电压Ue：电机长期安全运行时所能承受的电
压（V）。
额定电流Ie：指电机按规定的工作方式运行时，
电枢绕组允许通过的电流（A）。
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额定转速ne：指电机在额定电压、额定电流和额
定功率情况下运行的电机转速（r/min）。
时转速降落 n e 与理想转速 n 0 之比
sn0 ne ne
n0
n0
（3）调速的平滑性Q—两个相近转速之比 Q
ni n i 1
Q越接近于1，平滑性越好
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速度控制原理
直流电机的输出电磁转 矩表达式：
T faD 2 v N B a la v D i 2 N ll2 I a a 2 2 pN 2 p a N I a C T I a
pN
CT 2a 称为转矩常数，与电机结构有关的参数
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