《直流电机调速》

1、直流电机及调速系统直流电机及调速系统 n n 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。 直流电机工作原理直流电机工作原理 n 随着转子的转动，线圈边位置互换，这时要使转子连续转动则应使线圈 边中的电流方向也加以

2、改变要进行换向。由于换向器与静止电刷的相互配合 作用，线圈不论转到何处，B刷h始终与运动到N极下的线圈边相接触，而电极 A始终与运动到S极下的线圈边相接触这就保证了电流总是经电刷经N极下导 体流入，再沿S极导体经电刷B流出。因而电磁力和电磁转矩的方向始终保持不 变，使电机沿逆时针方向连续转动。 n 直流电机工作原理直流电机工作原理 电磁式直流电机的种类电磁式直流电机的种类 电磁式直流电机的种类电磁式直流电机的种类 永磁式直流伺服电机结构永磁式直流伺服电机结构 n直流伺服电机构成 n直流伺服电机的电源特点 n直流伺服电机的类型 直流电机的基本方程直流电机的基本方程_1 静态方程静态方程 n静态方

3、程是指电机稳态下的 机械平衡方程，电压平衡方 程。 Ia 直流电机的基本方程直流电机的基本方程_1 动态方程动态方程 n过渡状态 停止/启动、加速、 减速、加载、减载 I 直流电机的基本方程直流电机的基本方程_1 动态方程动态方程 n过渡状态 停止/启动、加速、 减速、加载、减载 I(t) 直流电机的基本方程直流电机的基本方程_2 电流电流 直流电机的调速原理直流电机的调速原理 电压调速电压调速 直流电机的速度控制原理直流电机的速度控制原理_1 机械特性方程的推导机械特性方程的推导 Ia 直流电机的基本特性直流电机的基本特性_1 理想转速理想转速 转速降转速降 Ia nK值的大小反映了什么？

4、nKM 也被称为转速降n，其物理意义是负栽对转速的影响 机械特性曲线 直流伺服电机的基本特性直流伺服电机的基本特性_2 启动电压启动电压 启动电压的物理意义？ 启动特性曲线 电机调速基本概念电机调速基本概念 恒功率调速 n M n P 电机调速基本概念电机调速基本概念 恒转矩调速 n M n P 电机调速基本概念电机调速基本概念 调速范围调速范围 额定转速额定转速 在额定电压，额定负载条件下在额定电压，额定负载条件下 （电机铭牌上所给出的数据）（电机铭牌上所给出的数据） 电机调速基本概念电机调速基本概念 调速范围调速范围 静差度静差度 额定转速额定转速 在额定电压，额定负载条件下在额定电压，额

5、定负载条件下 （电机铭牌上所给出的数据）（电机铭牌上所给出的数据） 电机调速基本概念电机调速基本概念 调速范围调速范围 静差度静差度 由静差度许可值由静差度许可值 求调速范围求调速范围 额定转速额定转速 在额定电压，额定负载条件下在额定电压，额定负载条件下 （电机铭牌上所给出的数据）（电机铭牌上所给出的数据） 直流电机的基本特性直流电机的基本特性_1 理想转速理想转速 转速降转速降 Ia Ia n普通直流电机的铭 牌数据 n额定工作转速 n额定工作转矩 n额定工作电压 n额定工作电流 n电机线圈直流内阻 电机调速基本概念电机调速基本概念 理想转速理想转速 转速降转速降 Ia 直流电机的控制方法

6、直流电机的控制方法 单片机单片机 工业工业PC 可编程控制器可编程控制器 电机调速系统的作用电机调速系统的作用 直流电机调速系统直流电机调速系统 n开环调速系统 电机调速系统的基本结构电机调速系统的基本结构_1 控制驱动电机机械 速度控制 直流电机调速系统直流电机调速系统 n速度负反馈闭环调速系统（半闭环） 电机调速系统的基本结构电机调速系统的基本结构_2 控制驱动电机机械 测量 速度控制 直流伺服电机控制系统直流伺服电机控制系统 n速度负反馈闭环调速系统的结构 速度 负反馈闭环 调速系统 电机调速系统实例电机调速系统实例_1 (A) 控制驱动电源 电源 电机 直流电机调速系统直流电机调速系统

7、 n速度负反馈闭环调速系统（闭环） 电机调速系统的基本结构电机调速系统的基本结构_3 控制驱动电机机械 测量 速度控制 直流伺服电机控制系统直流伺服电机控制系统 n速度负反馈闭环控制系统的结构 n位置速度双闭环控制系统的结构 电机调速系统的基本结构电机调速系统的基本结构_4 控制1控制2驱动 测量1 电机机械 测量2 位置控制 电机调速系统实例电机调速系统实例_2 驱动系统驱动系统伺服电机伺服电机CNC系统系统 机床本体机床本体 传感器传感器 CNC中的伺服系统中的伺服系统 系统实例系统实例 数控系统数控系统+驱动单元驱动单元+伺服电机伺服电机 系统实例系统实例 设计条件 n最大纵向进给力 n

8、工作台质量 n工件等质量 n定位精度 n导轨形式及材料 伺服系统设计实例伺服系统设计实例_1 设计条件转化成 分析条件 n？ n？ n？ n？ n？ 伺服系统设计实例伺服系统设计实例_分析分析1 驱动单元数学模型 电机单元数学模型 机械单元数学模型 目标运动目标运动 信号信号 伺服系统设计实例伺服系统设计实例_分析分析2 驱动单元数学模型 电机单元数学模型 机械单元数学模型 目标运动目标运动 信号信号 伺服系统设计实例伺服系统设计实例_分析分析3 驱动单元数学模型 电机单元数学模型 机械单元数学模型 目标运动目标运动 信号信号 输入 输出 输入 输出 输入 输出 信号信号 电机调速系统的一般结

9、构形式 直流伺服电机控制系统直流伺服电机控制系统 n速度负反馈闭环调速系统的结构 速度 负反馈闭环 调速系统 电机调速系统实例电机调速系统实例_1 (A) 控制驱动电源 电源 电机 直流伺服电机控制系统直流伺服电机控制系统 n速度负反馈闭环调速系统的结构 电机调速系统实例电机调速系统实例_1 (B) 直流伺服电机控制系统直流伺服电机控制系统 n速度负反馈闭环调速系统的结构 电机调速系统实例电机调速系统实例_1 (C) 电机调速系统实例电机调速系统实例_1 (D) 控制 驱动电源 电源 电机 电机调速系统实例电机调速系统实例_1 (E) 控制 驱动电源 电源 电机 电机调速系统实例电机调速系统实

10、例_1 (F) 驱动电源 电源 电机 控制 电机调速系统实例电机调速系统实例_1 (G) 控制 电机调速系统实例电机调速系统实例_1 (H) 控制 位置控制实现原理 电机调速系统实例电机调速系统实例_1 总结总结 直流伺服电机调速驱动单元直流伺服电机调速驱动单元 结构实例结构实例 直流伺服电机调速驱动单元直流伺服电机调速驱动单元 结构实例结构实例 速度指令 测速电机 电机 直流伺服电机调速驱动单元直流伺服电机调速驱动单元 结构实例结构实例 速度指令 测速电机 速度单元 电机 直流伺服电机调速驱动单元直流伺服电机调速驱动单元 结构实例结构实例 速度环 速度指令 测速电机 电机 直流伺服电机调速驱

11、动单元直流伺服电机调速驱动单元 结构实例结构实例 电流环 速度环 电压 脉冲变换 速度指令 测速电机 电机 直流伺服电机调速驱动单元直流伺服电机调速驱动单元 结构实例结构实例 电流环 速度环 电压 脉冲变换 速度指令 测速电机 电机 n n 系统的稳态设计也要分步骤进行，首先要根据被控对象运动的特点， 选择系统的执行电机和相应的机械传动机构；接着可以选择或设计驱动 执行电机的功率放大装置；再根据系统工作精度的要求，确定检测装置 具体的组成形式，选择元件的型号规格，设计具体的线路参数。然后根 据已确定的执行电机、功率放大装置和检测整置，设计前置放大器、信 号转换线路等。在考虑各种部件相互联接时，要注意阻抗的匹配、饱和 界限、分辨率、供电方式和接地方式。为使有用信号不失真的、不失精 度地有效传递，耍设计好福合方式。同时也要考虑必要的屏蔽、保护、 滤波等抗干扰措施。 n建立系统的动态数学模型 n 经过系统的稳态设计，系统主回路各部分均己确定。但稳态设 计依据的主要是系统的稳态性能指标，因此所构成的系统还不能 保证满足系统动态性能的要求，为系统的动态设汁作准备，需要 对稳态设计所确定的系统作定量计算(或辅助实验测试)，建立它 的动态数学模型，称之为原始系统的数学模型。 直流电机转速负反馈直流电机转速负反馈 闭环控制系统分析闭环控制系统分析 系统结构模