直流电机特性

1、第三章第三章 电机的控制电机的控制 1 1、直流电机的控制、直流电机的控制 2 2、无刷直流电机的控制、无刷直流电机的控制 3 3、交流伺服电机的控制、交流伺服电机的控制 4 4、矢量变换原理、矢量变换原理 5、直线电机和平面电机、直线电机和平面电机二、原理二、原理1 1、几个基本概念、几个基本概念 磁感应强度：磁感应强度： B B表述磁场的大小和方向的量：表述磁场的大小和方向的量：（单位实验绕组所受的最大力矩）（单位实验绕组所受的最大力矩） 磁通量：磁通量： 通过一给定曲面通过一给定曲面的总磁力线数。的总磁力线数。第一部分直流电机的控制第一部分直流电机的控制F力磁场电流BI运动力磁场电 动势

2、右手定则右手定则反电动势反电动势E=vBL磁场强度：磁场强度：H H H H = =B B / / ：介质的磁导率（与介质相关的常数）介质的磁导率（与介质相关的常数） 自感电动势：自感电动势：由于导体本身电流的变化引起绕组磁通量的变化而产生的感应由于导体本身电流的变化引起绕组磁通量的变化而产生的感应电动势：电动势： = -= -L L d dI I/ /d dt t互感电动势：互感电动势：由于其他导体电流的变化引起通过本绕组磁通量的变化而产生由于其他导体电流的变化引起通过本绕组磁通量的变化而产生的感应电动势：的感应电动势： 1212= -= -M M d dI I2 2/ /d dt t，21

3、21= -= -M M d dI I1 1/ /d dt t 左手定则左手定则磁场对载流导线的作用力：磁场对载流导线的作用力： df =I dL B对于恒定磁场和绕组：对于恒定磁场和绕组： F=BIL右旋钻定则右旋钻定则I_- B-F第一部分直流电机的控制第一部分直流电机的控制一、直流电机用于控制电机的优点：一、直流电机用于控制电机的优点：1 1、转矩可以十分简单地计算，系统设计十分、转矩可以十分简单地计算，系统设计十分简单；简单； 2 2、响应高，适应大的角加速度、响应高，适应大的角加速度 ；3 3、瞬时力矩大：永久磁铁的励磁在转子大电、瞬时力矩大：永久磁铁的励磁在转子大电流通过时也不产生畸

4、变。流通过时也不产生畸变。 直流电机的原理简图SNdTrsqsBcFcrBIIFFB2 2、运动原理、运动原理 第一部分直流电机的控制第一部分直流电机的控制N弧极区弧极区S弧极区弧极区+.中性区有刷直流电机直流电机的绕组的磁力线和电流示意图 控制时，需要控制时，需要靠整流子将电靠整流子将电枢绕组的导线枢绕组的导线电流的流动变电流的流动变成上述分布的。成上述分布的。按照上述电磁理论可得：按照上述电磁理论可得： 电机转矩：电机转矩： T=ZRBLI=KT Ia 反电动势：反电动势： E=vBLZ/2=Ke 第一部分直流电机的控制第一部分直流电机的控制3 3、等效电路图、等效电路图 RaIaE=Ke

5、V电压方程：电压方程：V=RaIa+Ke转矩：转矩：T=KT Ia=KT /Ra(V-Ke)E=vBLZ / 2第一部分直流电机的控制第一部分直流电机的控制整流子（换向片）整流子（换向片）绝缘体绕组电刷短路绕组应处于短路绕组应处于无磁通区（中性无磁通区（中性区），免受感应区），免受感应电动式。电动式。4、控制与结构图、控制与结构图 5、直流电机的动特性、直流电机的动特性考虑转子的惯性影响：考虑转子的惯性影响：J d/dt考虑电感的影响：考虑电感的影响：LdIa/dt电机扭矩：电机扭矩：T =To + Jd/dt (1)电枢电压：电枢电压：V =Ia Ra + Ke + LdIa/dt (2)电

6、机扭矩：电机扭矩：T =Kt Ia (3)(1)(2) (3) 即可分析电机动特性即可分析电机动特性 6、直流电机特点：、直流电机特点：控制电磁的旋转方向，使两个磁场的力最大并能够产生控制电磁的旋转方向，使两个磁场的力最大并能够产生旋转。要解决的问题：力矩的旋转。要解决的问题：力矩的脉动、死点、发热、损耗、脉动、死点、发热、损耗、可靠性可靠性等问题。等问题。从电机的结构、材料等所有的方式。从电机的结构、材料等所有的方式。 第一部分直流电机的控制第一部分直流电机的控制第一部分直流电机的控制第一部分直流电机的控制三、直流伺服电机的控制三、直流伺服电机的控制 1、直流电机的作为、直流电机的作为伺服电

7、机伺服电机的关键就是使加在电枢上的的关键就是使加在电枢上的电压发生变化。即由电压发生变化。即由V=RaIa+Ke公式得：公式得：=(V-=(V-RaIa)/Ke，改变电压从而改变速度改变电压从而改变速度。 直流伺服电机控制结构图直流伺服电机控制结构图 TG PGDC伺服放大器偏差计算D/A变换位置检测位置指令速度指令电流指令速度检测电流检测DC电源速度指令电压第一部分直流电机的控制第一部分直流电机的控制2 2、伺服放大器、伺服放大器 两种放大方式：两种放大方式： 电压控制电压控制 电流控制电流控制电流信号发生器PWM电流指令电流反馈Tr1Tr2Tr3Tr4电刷整流子绝缘体绕组电刷由伺服放大器供

8、电（1）电压控制：电压控制：晶体管线性放大工作区，小功率晶体管线性放大工作区，小功率500瓦以下；瓦以下； 晶体管开关方式：大功率晶体管，晶体管开关方式：大功率晶体管，PWM 电枢平均电压：电枢平均电压：V = E (tp - tn) / (tp+ tn)（2）电流控制：电流控制：电流控制与电压控制仅增加了差动放大器，电流控制与电压控制仅增加了差动放大器，将指令将指令值和反馈值之差放大，再变成电压控制。值和反馈值之差放大，再变成电压控制。第一部分直流电机的控制第一部分直流电机的控制tptn电流波形-EE电压指令-EE电压指令三角波三角波+-第二部分第二部分 无刷直流电机的控制无刷直流电机的控制

9、一、无刷直流电机原理一、无刷直流电机原理利用元件检测转子的位置（磁场的位置），控制定子绕组利用元件检测转子的位置（磁场的位置），控制定子绕组的通电次序。以使电磁场与转子磁场相互作用产生旋转扭的通电次序。以使电磁场与转子磁场相互作用产生旋转扭矩。矩。 位置的检测用霍尔元件和光电元件。位置的检测用霍尔元件和光电元件。T r1T r2T r3T r4T r5T r6UVWWVUT6T1T2T5T2T3光旋转方向指令16WV电流的磁场方向电流的磁场方向旋 转 磁场方向SN通电顺序：100110-100101-101001-011001-011010-010110第二部分第二部分 无刷直流电机的控制无刷直流电机的控制2、利用霍尔元件测量的控制原理、利用霍尔元件测量的控制原理 aSNbSNcSN霍尔元件霍尔元件霍尔元件W1W2V h1Vh2VhBIcVhVh1Vh2BTr2W2W1Tr1BSNW1W2SHG1HG2HG2HG1Tr1statorTr2