直流电机 张德祥_第五章
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第5章：直流直流变换装置
电力电子装置及系统
21:46
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电力电子装置及系统
5.3具有高频环节的DC/DC变流器
电力电子与电力传动
（输入输出电压数值悬殊的DC/DC变换器）
5.3.1主电路和系统框图 5.3.2控制系统及电路设计 5.3.3驱动电路
具有恒压限流和恒流限压功能的DC/DC变换器
电力电子装置及系统
D4
(a)四象限直流-直流变换电路
T1
D1
Vd
A
T2
La
T3 断 Ra E a B
Vd
T1
A
断
T3
L a Ra E a
D3
B
I AB
D2
T4
通
I AB
T2 通
T4
D4
(b)第一、第二两象限变换电路
(c)第三、第四两象限变换电路
第三、四象限运行等效电路
T3
断
T3 La R a E a
Vd
T1
A
D3
B
电力电子与电力传动
锯齿波形成电路
电流软给定电路
电流PI调节器
记忆封锁
电流反馈 滞环限 流电路
PWM 形成
IGBT驱动
电流给定值采用软启动；电流调节器输出与固有频率
的三角波比较，产生PWM信号；
给定电流一般设为 2倍电动机额定电流 ，电磁转矩大
于负载转矩，转速上升，反电势增大，电流达不到给 定电流，最大占空比输出。
电力电子装置及系统
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5.1.2 四象限斩波调速
Ud
第二象限： 第一象限：
Ud>0, Id<0
Ud>0, Id>0
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电力电子装置及系统
5.3具有高频环节的DC/DC变流器
电力电子与电力传动
（输入输出电压数值悬殊的DC/DC变换器）
5.3.1主电路和系统框图 5.3.2控制系统及电路设计 5.3.3驱动电路
具有恒压限流和恒流限压功能的DC/DC变换器
电力电子装置及系统
D4
(a)四象限直流-直流变换电路
T1
D1
Vd
A
T2
La
T3 断 Ra E a B
Vd
T1
A
断
T3
L a Ra E a
D3
B
I AB
D2
T4
通
I AB
T2 通
T4
D4
(b)第一、第二两象限变换电路
(c)第三、第四两象限变换电路
第三、四象限运行等效电路
T3
断
T3 La R a E a
Vd
T1
A
D3
B
电力电子与电力传动
锯齿波形成电路
电流软给定电路
电流PI调节器
记忆封锁
电流反馈 滞环限 流电路
PWM 形成
IGBT驱动
电流给定值采用软启动；电流调节器输出与固有频率
的三角波比较，产生PWM信号；
给定电流一般设为 2倍电动机额定电流 ，电磁转矩大
于负载转矩，转速上升，反电势增大，电流达不到给 定电流，最大占空比输出。
电力电子装置及系统
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5.1.2 四象限斩波调速
Ud
第二象限： 第一象限：
Ud>0, Id<0
Ud>0, Id>0
最新第5章直流伺服电动机及其速度控制PPT课件
第5章直流伺服电动机及其速度 控制
本章结构
5.1 直流（DC）伺服电动机概述 5.2 直流电力拖动控制系统的基本知识 5.3 直流电动机晶闸管供电的速度控制系统 5.4 晶体管直流脉宽（PWM）调速系统 5.5 脉宽调速系统实例
5.1.3 直流伺服电动机的分类
1. 根据电机励磁方式分类
1）他励：直流电机的励磁电流
由其它直流电源单独供给。
I Ia
他励直流发电机的电枢电流 和负载电流相同，即：
U
G
I Ia
枢绕组并联。且满足
I=Ia+If
U
I
Ea
I f Ia
3）串励： 励磁绕组与电枢绕组串联。 满足
I=Ia=If
U
I
If
Ea Ia
4）复励：
额定励磁电流I fN
对应于额定电压、额定电流、额 定转速及额定功率时的励磁电流
2.对直流伺服电动机的要求 3.直流伺服电动机的选用
1）负载转矩
ML = ∑MR + MMC + Ma
2）负载功率
5.2 直流电力拖动控制系统的基本知识
5.2.1 电力拖动系统的组成
自动控制装置
电源 电动机
执行机构
负载
采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的 整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组 晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。 危害：环流对负载R无rec 益，徒然加Rr重ec 晶闸管和变压器的负 担应，该消予V耗以F 功抑率制+，或环消流除太。大时Ra会导致-晶闸管VR损坏，因此
利~用用环：流合作理为地流控过制Ud晶环0f 闸流管，的保-M-基证本晶负闸Ud载0管r 电安流全，工使作电，动即~机可在利 空载或轻载时也能Id工作在晶闸管装置的电流连续区， 以避免电流断续- 引起的非线I性c 对系+统性能的影响。
本章结构
5.1 直流（DC）伺服电动机概述 5.2 直流电力拖动控制系统的基本知识 5.3 直流电动机晶闸管供电的速度控制系统 5.4 晶体管直流脉宽（PWM）调速系统 5.5 脉宽调速系统实例
5.1.3 直流伺服电动机的分类
1. 根据电机励磁方式分类
1）他励：直流电机的励磁电流
由其它直流电源单独供给。
I Ia
他励直流发电机的电枢电流 和负载电流相同，即：
U
G
I Ia
枢绕组并联。且满足
I=Ia+If
U
I
Ea
I f Ia
3）串励： 励磁绕组与电枢绕组串联。 满足
I=Ia=If
U
I
If
Ea Ia
4）复励：
额定励磁电流I fN
对应于额定电压、额定电流、额 定转速及额定功率时的励磁电流
2.对直流伺服电动机的要求 3.直流伺服电动机的选用
1）负载转矩
ML = ∑MR + MMC + Ma
2）负载功率
5.2 直流电力拖动控制系统的基本知识
5.2.1 电力拖动系统的组成
自动控制装置
电源 电动机
执行机构
负载
采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的 整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组 晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。 危害：环流对负载R无rec 益，徒然加Rr重ec 晶闸管和变压器的负 担应，该消予V耗以F 功抑率制+，或环消流除太。大时Ra会导致-晶闸管VR损坏，因此
利~用用环：流合作理为地流控过制Ud晶环0f 闸流管，的保-M-基证本晶负闸Ud载0管r 电安流全，工使作电，动即~机可在利 空载或轻载时也能Id工作在晶闸管装置的电流连续区， 以避免电流断续- 引起的非线I性c 对系+统性能的影响。
电机学_第5篇_直流电机
推每导极过磁程通从略，仅给出推导思路
一个元件经过一个极面的时间T
对瞬时电势在时间T内积分得：感应电势平均值
乘每支路的元件数得：支路电动势
pn S pZ
Ea
4Ny
60
2a
n 60n
Cen
其中：电势常数
Ce
pZ 60a
气隙磁密与导线中 的感应电动势
2019/9/23
第五篇 直流电机
2019/9/23
河海大学
1
直流电机
第一节.直流电机的工作原理 第二节.直流电机的铭牌数据 第三节.直流电机的绕组* 第四节.直流电机的励磁方式及磁场 第六节.感应电动势和电磁转矩的计算 第七节.直流电机的运行原理 第八节.直流电机的换向 *
20.直流电机的 工作原理和结构
PN (k w) U N (V )
电发动电机机::输输出出机电械功功率P率NPN
U
UN NIN
I
N
I N ( A)
额定励磁电压：nN (r / min)
额定励磁电流： U fN (V )
励磁方式
I fN ( A)
2019/9/23
河海大学
16
第三节.直流电机的绕组
2019/9/23
河海大学
22
第三节.直流电机的绕组
N
y1
S
123
yk 1
图115单叠绕组元件在电枢上联接的情况
2019/9/23
河海大学
23
第三节.直流电机的绕组
例：直流电动机， p 2, Q K S 16, y1 4, yk 1
N极：磁力线进入纸面 S极：磁力线穿出纸面 → ：电磁转矩方向 编号：元件号＝元件上层边所放槽号＝上层边所边换向
第5章直流直流变换装置课件
无触点直流电动机启动电流波形
5.1.2 四象限斩波调速系统
5.1 应用直流斩波变换的调速系统
直流电动机无触点启动器基本原理
电流给定值采用软启动，使启动电流逐步增大，避免突增 的电动转矩对机械部件产生冲击。 出现瞬时过流时采用滞环控制，躲过尖峰电流。 给定电流Ig一般设置为两倍的电机额定电流。
当过流数值太大或时间太长，系统记忆性封锁脉冲，避免 事故扩大。
电力电子装置及系统
第5章直流直流变换装置
信息科学技术学院电工自动化系
1用直流斩波变换的调速系统 滑差电机调速系统
直流电机无触点启动器的工作原理 滑差电机调速系统的调速原理
§5.3
具有中间变换环节的DC/DC变换器
主电路工作原理 控制电路工作原理 驱动电路及IGBT保护
*§5.4
高频软开关变换
启动直流电机的两种方法 1. ）电枢中串接外加电阻，在启动过程中逐步 切除外加电阻 2.） 启动过程中改变外加电压以控制电枢电流
目前较多采用的电枢回路串变阻器起动方法一般是在 转速上升过程中逐步切除电阻,这种控制方式简单。 但当电源是350～640V DC这种幅压供电时,起动过程 中分段切除电阻不可能获得良好的起动性能（平滑、 快速性）. 这是因为在某一固定起动电阻切除点的起动电流瞬时 值与当时的电源电压、转速值关系很大,如果电源电 压较高或当时实际转速偏低,则切除电阻时的实际电 枢电流可能非常大,由于电源电压变化范围达640V/ 350V = 1.82倍,故逐步切除电阻起动方式不可能获得 良好的起动特性,且起动变阻器在起动过程中消耗大量 能量
第五节直流电动机
第五节直流电动机一、直流电动机的结构直流电动机主要由定子（固定部分）和电枢（旋转部分）两大部分组成。
图4-28直流电动机的结构图。
下面就一些主要的部件分别予以介绍。
1、定子定子主要部件包括主磁极、换向磁极、机座、端盖和电刷装置等。
1）主磁极主磁极的作用是产生主磁场。
主磁极结构如图4-29所示。
绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。
主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。
一般主磁极铁心采用低碳钢板冲成一定形状叠装固定而成。
主磁极的个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按N，S极交替出现。
套在主磁极铁心上的励磁绕组根据其不同的使用情况分为两种：一种是并励绕组；一种是串励绕组；并励绕组的匝数多、导线细，串励绕组的匝数少、导线粗。
整个主磁极再用螺杆固定在机座上。
2）换向极在相邻的主磁极之间装有换向磁极，它也是由铁心和绕组构成。
其作用是改善换向，使电机运行时，在电刷与换向器的接触面上不致产生有害的火花。
3）机座直流电机的机座有两个作用：一是构成主磁路的一部分，机座中作为磁路通路的部分称为磁轭，二是对电动机起到支撑作用，主磁极和换向极固定于磁轭上。
4）电刷装置电刷装置的作用是将转动的电枢(转子)中的电压和电流引出来，或将外加电源的电流输入到转动的电枢中去。
电刷是主要由石墨做成的导电块，放在刷握中，由弹簧机构施以一定的压力使其压在换向器表面上，电机运行时与换向器表面形成滑动接触，电刷上焊的铜丝辫引出或引入电流。
如图4-30所示。
电刷的组数即电刷杆数一般与主磁极的极数相等，各刷杆装在一圆形的可以转动的刷杆座上，刷杆座固定在一端的端盖上。
2、转子（电枢）直流电机的转子，它是电机实现机电能量转换的枢纽，所以常称之为电枢。
电枢部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。
1）电枢铁心电枢铁心既是主磁路的一部分，又要嵌放电枢绕组。
为了减小铁心损耗，电枢铁心一般由涂有绝缘漆的0.5mm厚的硅钢片冲压后叠压而成，硅钢片边缘冲有槽口，叠成圆柱体后外表面形成许多均匀分布的槽，槽内嵌放着电枢绕组。
《直流电动机》PPT课件(2024版)
方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论
线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里, N
极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后
中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。
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电刷
b
N
a
I F
E
F
d
n T
E
cI
S 换向片 – U+ 线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动
时， 转速 n 的变化不大—
Δ硬nN机械n特0性nN（nN自然1特0性0%）。nN很0 小，大约为TN3%~8T% 总目录 章目录 返回 上一页 下一页
8.3 直流电动机的运行特性
二、串励电动机
特点：Ia I f f(I a )
1. 转矩特性 T f(I a )
当Ia较小时，铁心不饱和
Φ KIa
T T KTΦI a Ia
Ia
U
Ea Ra
达到新的平衡点(Ia 、 P入) 。
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
8.3 直流电动机的运行特性
直流电动机在正常运行时，虽然电源电压U和 励磁电阻保持不变，但随着励磁方式不同，电
动机的转矩、转速和机械特性有很大的区别。
一、并励电动机
1. 转矩特性 T f(I a )
E K EΦ n
T KTΦI a
0
求得
n
U Ra KEΦ KEΦ
Ia
n f(I a )
Ia
式中：n0
U K EΦ
: 理想空载转速
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8.3 直流电动机的机械特性
3. 机械特性 n f(T)
n
运动控制系统 第五讲 直流电机调速原理和调速驱动控制器
电机结构决定的转矩常数；Te为电动机的
电磁转矩，单位为N·m。
• 减弱磁通调速法的特点是： • (1) 保持电枢电压为额定值； • (2) 电枢回路不加入附加电阻； • (3) 减小直流电动机的励磁电流，以减弱磁
通；
• (4) 电机带负载时的速降与成反比。 • 图5-5所示的是减弱磁通调速的机械特性。
• 调节电枢电压调速的特点是： • (1) 保持直流电机的磁通为额定值； • (2) 电枢回路不串入外加电阻；图5-6 调节
电枢电压调速的机械特性
• (3) 理想空载转速将随U的减小而成比例地 降低；
• (4) 转速降Δn与U的大小无关。 • 从图5-6中可以看出其机械特性很好。
4．三种调速方法的比较
• 2．调速范围
• (1) 生产机械要求电机在额定负载情况下所需的最 高转速和最低转速之比称为调速范围，用字母D 表示。
(5-15)
• 3．静差率 • 当系统在某一转速下运行时，负载由理想
空载增加到额定值时电机转速的变化率， 称为静差率s。
(5-16)
(5-17)
• 4．机械特性与静差率
• (1) 调速系统在不同电压下的理想空载转速 不一样。
5-3
5.1.2 直流电机的调速方法
(5-1)
1．改变电枢回路电阻调速法
(5-2)
• 改变电枢回路电阻调速法的特点是： • (1) 保持直流电机外加电枢电压与励磁磁通
为额定值；
• (2) 直流电机的理想空载转速不变； • (3) 转速降落 n将随Radd的增加而增大； • (4) 外加电阻的阻值越大，机械特性的斜率
我们很有必要对其进行认真的研究。
5.1.1 直流电机调速的发展历程
5直流电动机
电机与拖动
吸收能量。电磁转矩的方向也改变，与转速方向一致即变成 拖动性转矩，当转速下降到某一值时，电磁转矩与空载转矩 相同，这时转速不再下降维持恒速运行。 同样，上述物理过程可以反过来，这就是直流电机可逆原理。
电机与拖动
第二节直 流 电 动 机 的 基 本 方 程
从电路、力学和能量守恒 等方面可以得到电动机的 三个稳态的平衡方程。 • • • • • • 电枢回路方程式：U Ea I a Ra n Ia 电枢电动势： Ea CeI a T CT I a 电磁转矩 稳态运行转矩关系式： T T2 T0 Uf 他励发电机的励磁电流 I f Rf 气隙每极磁通 f (I f , I a )
电机与拖动
第 五 章
直 流 电 动 机
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电机与拖动
第五章
直
流
电
动
机
本 章 要 求：
掌握直流电机的可逆原理，并能正确判断 直流电机的运行状态。 熟练掌握直流电动机的基本方程，并能正确 使用。
掌握直流电动机的转速特性、转矩特性以 及效率特性。 熟练掌握直流电动机的机械特性，并能灵 活应用。
第一节 直 流 电 机 的 可 逆 原 理
对应于不同的R可以得到一簇斜率不同射线。 （2）改变电枢电压的人为机械特性
UN Ra R n T 2 Ce N C e CT N
Ra U n T 2 Ce N C e CT N
斜率不变，理想空载转速n0不同的一 簇平行线。(U<UN)
电机与拖动
（3）减少电动机气隙磁通的人为机械特性
电机与拖动
电机可逆原理：从原理上讲一台电机在某一种条件下作为发电机， 在另一种情况下可做电动机运行，这两种状态可以相互转换。