2、直流伺服电机的动态特性
Tem(t) CtIa (t)
Ea
(t)
60
2
Ce(t)
d(t)
Tem(t) J dt Tc (t)
Ua
(t)
La
dIa (t) dt
Ra Ia (t)
Ea (t)
电力工程技术（china-dianli）
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第三节 直流伺服电机的特性
2、直流伺服电机的动态特性
经拉氏变换整理得：
磁路饱和、换向困难
2）半个极下磁通的增加值，将小于另半个极下磁通的减 小值，总的气隙磁通将有所减小，这就是电枢磁场的去磁 作用。
影响不大，但是降低电机的工作效率。
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第一节 直流伺服电机工作原理
2、直流伺服电动机磁场、电枢反应与换向
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第一节 直流伺服电机工作原理
2、直流伺服电动机磁场、电枢反应与换向
减小和消除换向火花的方法：
1）移动电刷法。将直流电动机的电刷从几何中性面开始， 逆的着角电度枢大旋于电转物力方理工向中程移性技动面术电的（刷偏c，移hi使角na换。-d向ian火li花）最小为止，移动 2）附加换向磁极法。在几何中性面处设置附加的换向磁 极，它的激磁绕组与电枢绕组串联，换向极的磁场方向必 须与电枢磁场的方向相反。 3）选用合适电刷法。
直流电动机磁场分析：
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第一节 直流伺服电机工作原理
2、直流伺服电动机磁场、电枢反应与换向
电枢反应的两个重要影响：
1）气隙磁场发生扭斜，气隙合成磁场的物理中性面将逆 着电动机旋转方向转过一个角度，物理中性面与几何中性 面不再重合。
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第三节 直流伺服电机的特性
2、直流伺服电机的动态特性
影响 m 的主要因素：
（1）负载转动惯量的影响：
J=Jm+JL′ JL′——负载折算转动惯量
（2）电枢回路电阻的影响：
Ra′=Ra+Ri Ri ——电源（放大器）内阻
（3）机械特性硬度的影响： n/T－机械特性的斜率
T em T 0 T L J
d
dt
T 0
T L
G
D2
375
dn dt
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第三节 直流伺服电机的特性
电势动态平衡方程式:
Ua
La
di a
dt
i a
Ra
E a
电势稳态平衡方程式:
U a I a Ra Ea
转矩稳态平衡方程式:
T em T 0 T L
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2020/7/30
电力工程技术（china-di教学要求：
掌握直流伺服电机结构、分类和作用等概念； 理解直流伺服电机工作原理； 掌握直流伺服电机的静态特性； 了解直流伺服电机的动态特性（关注机电时间常数
的作用）； 理解无刷直流电动机与普通直流伺服电机的区别。
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第三节 直流伺服电机的特性
1、直流伺服电机的静态特性:电枢控制
机械(调节)特性方程式 :
n
1）机械特性：
Ua Ct
T R em
a
2
Ce Ct
Ua一定时，
n=f (Tem )
转速与转矩的关系
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第三节 直流伺服电机的特性
1、直流伺服电机的静态特性:电枢控制
PWM驱动装置控制原理 图
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第四节 直流伺服电机控制
PWM控制电路功能方框 图
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第四节 直流伺服电机控制
电压 命令
速度调节器
电流调节器
功率放大器
M
电力工程技术（china-d电ia流n反li馈）
速度反馈
T
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2.调节特性： Tem一定时，n=f (Ua )
电力工程技术（china-dianli） 转速与控制量（如电 压）的关系
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第三节 直流伺服电机的特性
1、直流伺服电机的静态特性:电枢控制
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第三节 直流伺服电机的特性
电力工程技术（china-dianli）
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第二节 直流伺服电机的结构
传统直流伺服电机和直流电机工作原理、结构和基本 特征没有原则区别，但是在结构和性能上做了一些改 进，具有如下特点：
1、采用细长的电枢以便降低转动惯量，其惯量大约是普通直 流电动机的1/3～1/2。 2、具有优良的换向性能，在大的峰值电流冲击之下仍能确保 良好的换向条件，因此具有大的瞬时电流和瞬时转矩。 3、机械强度高，能够承受住巨大的加速度造成的冲击力作用。
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本章教学:
二、教学时间安排：4学时 三、主要内容：
• 第一节 直流伺服电机工作原理 • 第二节 直流伺服电机的结构 • 第三节 直流伺服电机的特性 • 第四节 直流伺服电机控制 本章重点：直流伺服电机工作原理和静态特性； 本章难点：直流伺服电机的动态特性。
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第四节 直流伺服电机控制
电枢控制，输入量是电枢电压（或电流）。 磁场控制，输入量是磁通，激磁电流或电压
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第四节 直流伺服电机控制
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第四节 直流伺服电机控制
电力工程技术（china-dianli）
4、电刷一般都安放在几何中型面上，以确保正反转特性对称。
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第二节 直流伺服电机的结构
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第二节 直流伺服电机的结构
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第二节 直流伺服电机的结构
低惯量直流伺服电机
无槽电枢
- Ea (s)
Te (s)
-
1 Ia (s) Ra La s
Ct Tem(s)
T (s) 1 Js
60Ce 2
(s)
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第三节 直流伺服电机的特性
2、直流伺服电机的动态特性
当Te=0时，传递函数为：
(s) 2 (60Ce)
1 Ke
U (s) m es2 ms 1 m es2 ms 1
• 定子：磁场—永磁体
• 转子：电枢绕组
• 换向：换向器与碳刷
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第一节 直流伺服电机工作原理
1、直流伺服电动机基本原理
定子结构
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第一节 直流伺服电机工作原理
1、直流伺服电动机基本原理
电力工程技术（china-dianli）
盘式电枢
空心杯电枢
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第二节 直流伺服电机的结构
宽调速直流伺服电机
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第三节 直流伺服电机的特性
转矩：
T em
Ct
I a
K t
Ia
电势：
E a C e n K e
转矩平衡方程式：
(s)
1 Js
(Tem ( s)
Tc (s))
Tem(s) CtIa (s)
Ia (s)
1 Las
Ra
(U a
(s)
Ea
(s))
Ea
(s)
60
2
Ce ( s)
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第三节 直流伺服电机的特性
2、直流伺服电机的动态特性
按以上各式可建立动态方框图：
Ua (s)
转子结构
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第一节 直流伺服电机工作原理
1、直流伺服电动机基本原理
换向装置
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第一节 直流伺服电机工作原理
1、直流伺服电动机基本原理
电力工程技术（china-dianli）
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第一节 直流伺服电机工作原理
2、直流伺服电动机磁场、电枢反应与换向
(s) 2 (60Ce)
1 Ke
U (s) ( ms 1)( es 1) ( ms 1)( es 1)
当 e很小，1 e 远远超过了控制系统通频带时，直流电动
机的传递函数可以简化为：
(s) 2 (60Ce) 1 Ke U (s) ms 1 ms 1 同理可得： (s) 2 (60Ce) 1 Ke U (s) s( ms 1) s( ms 1)
四、教学过程：
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第一节 直流伺服电机工作原理
1、直流伺服电动机基本原理
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第一节 直流伺服电机工作原理
1、直流伺服电动机基本原理 • 加于直流电机的直流电源，借助于换向器和电刷的 作用，使直流电机电枢线圈流过的电流，方向是交 变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变， 确保直流电机朝确定的方向连续旋转。