自动控制元件直流电机的选用
直流电机控制方案
以我给的标题写文档，最低1503字，要求以Markdown 文本格式输出，不要带图片，标题为：直流电机控制方案# 直流电机控制方案## 引言直流电机广泛应用于各种电动设备和工业自动化系统中。
为了实现对直流电机的精确控制，提高系统的效率和可靠性，需要采用合适的电机控制方案。
本文将介绍几种常见的直流电机控制方案，并对其特点和应用进行分析。
## 1. 直流电阻调速直流电阻调速是最简单的直流电机控制方案之一。
通过改变电机电阻的大小，可以调整电机的转速。
这种控制方案主要适用于小功率的直流电机。
但是，由于功率耗散在电阻上，系统效率较低，对于功率较大的电机并不适用。
直流电阻调速的原理是通过并联电阻与电机电源连接，在电机绕组中引入额外的电压降。
通过调整电阻的值，可以改变电机的电流和转矩，从而改变电机的转速。
但是，由于功率耗散在电阻上，所以系统效率较低。
## 2. 直流电压调速直流电压调速是一种常见的直流电机控制方案。
通过调整电机的电压大小，可以控制电机的转速。
这种控制方案适用于中功率的直流电机控制。
直流电压调速的原理是通过改变电源电压，改变电机绕组中的电压，从而控制电机的转速。
通过调整电压的大小，可以改变电机的电流和转矩，实现对电机转速的控制。
## 3. 直流电压变频调速直流电压变频调速是一种较为高级的直流电机控制方案。
通过变频器控制电机的电源电压和频率，实现对电机的精确控制。
这种控制方案适用于较大功率和重载的直流电机控制。
直流电压变频调速的原理是通过变频器将电源交流电转换为直流电，并通过调整变频器的输出电压和频率，控制电机的转速。
变频器可以以快速响应的方式调整电压和频率，从而实现对电机的精确控制。
## 4. 直流电流调速直流电流调速是一种常见的直流电机控制方案。
通过调整电机的电流大小，可以控制电机的转速。
这种控制方案适用于大功率和高速的直流电机控制。
直流电流调速的原理是通过反馈控制和电流传感器，测量电机电流，并通过调整电机的电压和电流，实现对电机转速的控制。
直流无刷电机的选择
直流无刷电机的选择直流无刷电机（简称无刷电机）是一种新型的电机类型，与传统的直流有刷电机相比，无刷电机具有更高的效率、更稳定的转速以及更长的寿命。
因此，无刷电机在工业自动化、机器人、电动车等领域得到了广泛的应用。
选择一款适合的无刷电机也是保证产品品质的重要因素。
本文将介绍如何选择适合自己产品的无刷电机。
电机类型从电机类型进行选择是关键选择的第一步。
无刷电机根据转矩和转速不同可分为直流无刷电机和无刷直流减速电机两大类，前者特点是转速高且扭矩较小，适合于机器人、玩具车等需要高速运转、匀速转动的设备；后者由于减速比较大，转速较慢，但扭矩较大，适合于电动车、代步车等需要有一定载重和爬坡的车辆。
按功率选电机功率是衡量电机性能的重要指标。
在选择无刷电机时，需要根据产品所需功率决定电机的额定功率。
一般情况下，无刷电机的额定功率范围为几十瓦到几千瓦不等。
对于需要高功率的产品，例如电动车，可以选择功率大的直流无刷电机；而对于一些小型玩具车、模型飞机等小功率产品，可以选择功率较小的直流无刷电机。
按负载选择负载是指直流无刷电机所需要驱动的载荷。
在选择电机时，需要考虑具体产品的负荷情况。
如果产品需要长时间连续工作，那么需要选择一颗负载能力强的直流无刷电机。
对于需要运输重物的电动车、自动化设备，需要选择高载荷的直流无刷电机，以确保设备长时间稳定运行。
电机的转速与转矩选择由于无刷电机的转速和转矩对于产品的运作影响很大，因此这也是选择电机的关键因素之一。
一般而言，需要根据产品的工作速度和负载来确定电机的转速。
较高kv值的电机转速会更快，但是扭力很小，不适合应用于需要承担较大负载的产品；而较小kv值的电机扭矩较大，速度较慢，但是更适合承担高负载的产品。
品牌的选择品牌的选择是选择无刷电机的最后一步。
在市场上有很多品牌的无刷电机，如著名的Maxon、Faulhaber、T-motor等等。
选择品牌时，要根据自己产品的运行环境、质量要求、需求产生的价值等综合因素进行判断。
直流电机选型手册
直流电机选型手册1. 简介直流电机作为一种常见的电动机类型，广泛应用于各种设备和系统中。
本选型手册旨在提供直流电机选型的基本知识和方法，帮助用户选择适合自己需求的直流电机。
2. 选型流程2.1 确定工作要求在进行直流电机选型之前，首先需要明确工作要求，包括但不限于以下方面：•额定电压•额定转速•最大扭矩要求•工作环境条件等2.2 电机类型选择根据工作要求，确定需要选用的直流电机类型，常见的直流电机类型包括有刷直流电机和无刷直流电机。
有刷直流电机结构简单、成本较低，适用于一些低功率、低成本的应用场景；无刷直流电机效率较高、寿命较长，适用于一些高功率、高精度的应用场景。
2.3 功率计算根据工作要求和电机类型，计算所需的功率。
功率的计算公式为：功率 = 扭矩 × 转速2.4 额定转速选择根据工作要求和计算得到的功率，选择适合的额定转速范围。
一般来说，直流电机的额定转速应略高于实际需求的转速，以确保电机能够在工作条件下正常运行。
2.5 根据扭矩要求优化选择根据最大扭矩要求，选择合适的电机型号。
一般来说，电机的最大扭矩应大于工作中的扭矩需求，以确保电机能够顺利启动并保持稳定运转。
2.6 确定供电条件根据额定电压要求，选择合适的供电条件。
直流电机通常需要使用直流电源进行供电，供电电压应符合电机的额定电压要求。
3. 直流电机选型参数3.1 额定转速额定转速是指直流电机在额定电压和额定负载下的转速。
它是直流电机选型中非常重要的参数之一。
3.2 额定电压额定电压是指电机设计时所规定的电压。
直流电机的额定电压通常是指直流电源的电压。
3.3 额定扭矩额定扭矩是指电机在额定电压和额定转速下所能提供的最大输出扭矩。
3.4 最大扭矩最大扭矩是指电机在短时间内所能提供的最大输出扭矩。
这个参数通常用于电机启动或负载突变的情况。
3.5 效率效率是指电机所能转化为有用功率的能力，它表示了电机的能量利用效率。
3.6 寿命寿命是指电机在正常工作条件下能够使用的时间。
直流电动机合理选择
直流电动机合理选择概述直流电动机是一种电力转换机械，它将直流电能转换为机械能以实现驱动机械工作。
直流电动机广泛应用于各种工业、农业、交通、航空、军事等领域。
运行可靠、动力强、速度控制方便、响应速度快成为直流电动机的重要特点。
直流电动机的性能取决于其结构设计合理和有满足负载要求的合适参数选择。
在进行直流电动机的选择时，必须要综合考虑各方面的因素，以达到性价比最优化的目标。
选择因素负载特性电动机的负载特性是指电动机在实际运行中所需要承受的负载特性，例如电动机在启动、空载、满载等情况下的电流和转矩。
根据不同负载特性选择不同性能参数的电动机，可以确保机器能在各种负载下达到预期性能和高效运转。
运转环境直流电动机的运转环境也是选择的关键因素。
运转环境如温度、湿度、海拔高度等都直接影响着电动机的性能和寿命。
在确定选择的电动机型号时，应考虑环境因素对电动机产生的影响。
功率、速度和效率功率、速度和效率是直流电动机选型时必须考虑的另外三个重要因素。
1.功率：也就是电动机的输出功率，通常以马力（HP）为单位，应根据动力负载的大小来选择电机的功率。
2.速度：直流电动机的转速可以通过控制电源电压、斩波电路等方式调节，因此，不同应用需要的转速不同，应该选择合适的转速范围内的电动机。
3.效率：电动机效率是比较重要的指标之一，也是直接影响电能转换成机械能的能力。
在选型时应该优先考虑高效率的电动机更能满足工业及生产效益的快速增长需求。
控制方式直流电动机可以通过交、直流电压调速方式，直接变阻器调速、堆叠电池调速、自励直流电动机增速等方式控制。
电动机控制方式的不同会导致引入电路并影响电动机性能，应根据实际控制系统需求选择最适合的电机控制方式。
经济性在选型时应该综合考虑电机的价格、性能、维护等方面，以及使用的成本费用等。
只有长期经济性好的电机，才是最优选择。
结论直流电动机作为机械工业生产中主要动力元件，它的选型是有一定的功夫和技巧的。
5个电机选型步骤，易学易用
5个电机选型步骤，易学易用电机选型需要的基本内容有：所驱动的负载类型、额定功率、额定电压、额定转速、其他条件。
一、所驱动的负载类型这个得反过来从电机特点说。
电机可以简单划分为直流电机和交流电机，交流又分为同步电机和异步电机。
1、直流电机直流电机的优点是可以方便地通过改变电压调节转速，并可以提供较大的转矩。
适用于需要频繁调节转速的负载，如钢厂的轧机，矿山的提升机等。
但现在随着变频技术的发展，交流电机也可以通过改变频率来实现调节转速。
不过虽然变频电机价格比普通电机贵不了多少，但变频器价格在整套设备中占据主要部分，所以直流电机还有一个优点是便宜。
直流电机的缺点在于结构复杂，任何设备只要结构复杂，必然导致故障率增加。
直流电机相比于交流电机，除了绕组复杂（励磁绕组、换向极绕组、补偿绕组、电枢绕组），还增加了滑环、电刷和换向器。
不仅对制造商的工艺要求高，而且后期维护成本也相对较高。
因此直流电机在工业应用中是处在一个逐渐没落但过渡阶段仍有用武之地的尴尬境地。
如果用户资金比较充裕的话，建议选择交流电机配变频器的方案，毕竟使用变频器也带来很多好处，这个不细说了。
2、异步电机异步电机的优点在于结构简单，性能稳定，维护方便，价格便宜。
且制造工艺上也是最简单的，曾听车间的老技师说过，装配一台直流电机的所用工时，可以完成差不多功率的两台同步电机或者四台异步电机，由此可见一斑。
因此异步电机在工业中得到了最广泛的应用。
异步电机又分为鼠笼型电机和绕线型电机，其区别在于转子。
鼠笼型电机转子由金属条制成，铜制或铝制。
铝的价格比较低，我国又是铝矿大国，在要求不高的场合应用广泛。
但铜的机械性能和导电性能都好于铝，就我所接触的绝大部分都是铜制转子。
鼠笼型电机在工艺上解决了断排的问题后，可靠性远远超过绕组型转子的电机。
而其缺点在于，金属转子在旋转的定子磁场中切割磁感线获得的转矩较小，且起动电流较大，对起动力矩要求较大的负载难以胜任。
尽管增加电机铁心长度可以获得更多的转矩，但力度十分有限。
电动车电机选型(参)
考虑电机性能参数与实际使用场景的匹配度
转矩与转速
根据电动车的负载需求和行驶路况，选择具有适当转矩和转速范 围的电机。
效率与能耗
优先选择高效率、低能耗的电机，有助于降低电动车的运行成本和 维护成本。
可靠性
选择经过严格质量检测和长时间验证的电机，以确保其可靠性和耐 用性。
在成本与性能之间找到平衡点
初始成本
开关磁阻电机
开关磁阻电机是一种基于磁场开关原理的电机类型。
在电动车中，开关磁阻电机主要用于辅助驱动和发电的 场合。
开关磁阻电机具有结构简单、可靠性高、成本低等优点。
然而，开关磁阻电机的控制技术较为复杂，且输出转矩 波动较大。
02
电机性能参数
功率
功率是衡量电机性能的重要参数，它 决定了电机的输出能力。在选择电机 时，需要根据电动车的负载和行驶需 求来选择合适的功率。
品牌与质量
品牌知名度高、质量可靠的电机具有 更高的可靠性和更长的使用寿命。在 选型时，应优先考虑这些品牌的电机 。
05
电机环境影响
能耗与排放
能耗
选择低能耗的电机有助于减少能源消耗 ，降低运行成本，同时减少对环境的负 担。
VS
排放
电动车电机应选择低排放或零排放的型号 ，以减少对环境的污染，符合环保要求。
一般来说，电机功率越大，电动车的 行驶速度和负载能力就越高。但是， 过高的功率可能会导致电机过热，影 响其使用寿命。
扭矩
扭矩是衡量电机输出力矩的参数，它决定了电机的加速能力 和爬坡能力。在选择电机时，需要考虑电动车的行驶环境和 需求，选择具有足够扭矩的电机。
一般来说，扭矩越大，电机的加速和爬坡能力就越强。但是 ，过大的扭矩可能会导致电机损坏或对电动车的电池造成影 响。
直流电机选型手册
直流电机选型手册1. 引言直流电机是一种常见的电动机型号，用于将直流电能转变为机械能。
选用适当的直流电机对于各类电机应用非常重要。
本选型手册将向读者介绍直流电机的基本原理、常见类型以及选型方法。
2. 直流电机基本原理直流电机的工作原理基于洛伦兹力，即施加在导体上的磁力与其所受磁场的交互作用。
直流电机通常由定子和转子两部分组成。
施加在定子上的直流电流产生磁场，而转子则带有永磁体或电磁线圈。
当定子磁场和转子磁场相互作用时，转子就会旋转。
3. 直流电机类型直流电机有多种类型，其中常见的有：•永磁直流电机：转子带有永磁体，不需要外部电源提供磁场。
•刷型直流电机：转子带有电磁线圈和刷子，通过刷子给线圈供电。
•无刷直流电机：转子带有电磁线圈，通过外部电源供电。
每种直流电机类型都有其独特的优缺点和适用范围。
在选择直流电机时，应根据具体应用需求和性能要求进行考虑。
4. 直流电机选型方法4.1 确定负载要求在选择直流电机之前，需要明确负载的要求，包括扭矩、转速、加速度等方面。
这些参数将直接影响到电机的选型。
4.2 电源电压与电机额定电压匹配选择直流电机时，应确保电源电压和电机的额定电压可以匹配。
如果不匹配，可能导致电机无法正常工作或损坏。
4.3 选择合适的电机功率根据负载的要求，选择合适的电机功率。
功率过低可能无法满足负载需求，功率过高则会造成能源浪费。
4.4 考虑环境条件在选型过程中还需要考虑环境条件，如温度、湿度、振动等因素。
某些特殊环境可能需要选择具有防护特性的电机。
4.5 参考性能曲线每个直流电机都有其性能曲线，包括转速、扭矩、效率等。
参考这些性能曲线有助于了解电机在不同工况下的性能表现。
4.6 考虑成本最后，在选型时还需考虑成本因素，包括电机本身的价格、维护成本以及与其配套的控制设备等。
5. 总结本选型手册介绍了直流电机的基本原理、常见类型以及选型方法。
选择适当的直流电机对于各类电机应用至关重要。
在选型时，应明确负载要求，匹配电源电压和电机额定电压，选择合适的电机功率，考虑环境条件，参考性能曲线，并且考虑成本因素。
直流无刷电机的控制系统设计方案
直流无刷电机的控制系统设计方案直流无刷电机（BLDC）是一种能够提供高效可靠的电动机驱动方案的电机。
它具有高效率、高功率密度、长寿命和低噪音等特点，广泛应用于工业、汽车和消费电子等领域。
在这篇文章中，我们将探讨直流无刷电机控制系统的设计方案。
一、控制器选择选择合适的控制器对于直流无刷电机的性能至关重要。
常见的控制器包括传感器基本反馈控制器和无位置传感器矢量反馈控制器。
1.传感器基本反馈控制器：传感器基本反馈控制器通过对电机速度和位置的测量反馈来控制电机。
它具有简单的硬件结构和易于实现的特点，适用于对控制精度要求不高和成本要求较低的应用。
2.无位置传感器矢量反馈控制器：无位置传感器矢量反馈控制器通过使用电流、电压和速度等参数来估计电机的位置和速度，从而进行闭环控制。
它能够提供更高的控制精度和动态性能，适用于对控制精度要求较高的应用。
二、传感器选择1.霍尔传感器：霍尔传感器通过检测电机转子上的永磁体磁场变化来确定电机的位置。
它具有结构简单、成本低和使用方便等优点，适合于低成本和低精度的应用。
2.编码器：编码器通过检测电机转子的机械运动，如转子的转速和位置来确定电机的位置。
它具有较高的精度和抗干扰能力，适用于对控制精度要求较高的应用。
3.霍尔传感器与编码器混合使用：为了兼顾成本和精度要求，可以采用霍尔传感器与编码器混合使用的方式进行控制。
霍尔传感器用于测量电机的粗位置信息，编码器用于提供更精确的位置和速度信息。
三、控制策略选择1.电流控制：电流控制是直接控制电机的电流大小和方向，从而控制电机的转矩。
它具有快速响应和较高的控制精度等优点，适用于对控制精度要求较高的应用。
2.速度控制：速度控制是通过控制电机输入电压或电流的大小来控制电机的转速。
它具有稳定性好、抗负载扰动能力强等优点，适用于需要稳定转速的应用。
3.位置控制：位置控制是通过控制电机输入电压或电流的大小来控制电机的位置。
它具有控制精度高、抗负载扰动能力强等优点，适用于需要精确定位的应用。
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电机A 0.1 0.1 0.5
电机B 0.2 0.2 2.0
I max
TP Kt
12A 6A 37.4V 74.8V
Vm rI Ke
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
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电机的选择
例 2 ：摩擦阻力矩 :0.2Nm, 系 统转动惯量 1.6*10-4kgm2 。 运动要求： 60ms 旋转一圈， 每秒重复10次。
电机的选择
电机选择的考虑
电机的选择
（1）峰值力矩—加速度+阻力矩
T p ( J m J L )a T f
Jm-电机转动惯量 JL-负载折算转动惯量
a -加速度 Tf –摩擦力矩 （2）额定力矩--电机长时间运行允许的最大电流 从电机侧看
1 J Jm 2 JL i
1 T f TL i
– 电刷、换向器结构限制了电机的最大功率、最高转速； – 电刷、换向器结构限制了电机的安全性、适用性 – 电刷、换向器结构导致电机应用维护性差。 – 电磁兼容性差。
直流电机铭牌参数
直流电动机的铭牌
1. 额定功率PN :电机轴上输出的机械功率（TN*nN）。 2. 额定电压UN ：额定工作情况下的电枢上加的直流电压。 （例：3V,4.5V,6V,12V,24V,110V,220V） 3. 额定电流 IN ： 额定电压下，轴上输出额定功率时的电 流（并励应包括励磁电流和电枢电流）三者关系： PN=UNIN （：效率） 4. 额定转速nN ：在PN，UN，IN 时的转速。
复
习
1.直流电机的调速运行
自动控制元件及线路7
- 直流电机的选用
--串电阻调速 --弱磁调速 --调压调速
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复
习
复
习
2.直流电机的四象限运行
--四象限运行 --能耗制动 --再生制动 --反接制动 --直流电机驱动控制的基本概念
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低惯量直流伺服电机
线绕盘式直流伺服电动机
电枢无铁心，没有磁饱和效应和齿槽效应，换向性能好， 时间常数小，快速响应性能好。
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4
低惯量直流伺服电机
印制绕组直流伺服电动机
• 直流电机的应用
– 轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床、军舰 、潜艇等调速范围大的大型设备。 – 电池做电源的场合，如汽车、拖拉机等。 – 家庭：电动自行车、电动玩具。
2。直流电机总结
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1
直流电机特点
• 直流电机的缺陷
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宽调速直流伺服电机
宽调速直流伺服电机
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永磁直流微电机
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6
永磁直流微电机
永磁直流微电机
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永磁直流微电机
要掌握：
直流电机总结
1）DCM的基本关系式； 2）DCM调速方法和调速特性； 3）电机的选择 要了解： 1）直流电机结构； 2）直流电机的电枢反应和换向特点 3）直流伺服电机及种类
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3
直流伺服电机
• 永磁式直流伺服电动机 只能进行电枢控制，但是结构较简单，体积小、出力 大、效率高。
直流伺服电机
直流伺服电机相对于普通直流电机的特点：
1.惯量小、动作快反应快、过载能力大、调速范围宽； 2.低速力矩大, 波动小，运行平稳； 3.低噪音,高效率； 4.后端编码器反馈（选配）构成直流伺服；
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低惯量直流伺服电机
低惯量直流伺服电机
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5
低惯量直流伺服电机
宽调速直流伺服电机
宽调速直流伺服电动机
• 具有调速范围宽，在闭环控制中调速 比可做到1：2000以上； • 过载能力强，最大转矩可为额定转矩 的5到10倍； • 低速转矩大，可以与负载同轴连接。 • 这类电机目前广泛使用在数控机床的 进给伺服驱动、雷达天线驱动及其它 伺服跟踪驱动系统中。
直流电机铭牌参数
9。电机极对数/极数 10。防护等级(IP) 11。工作制式：连续、断续、短时。 12 。绝缘等级 : A-105oC ； E-120oC ； B-130oC ； F-155oC ； H-180oC C-高于180oC 13。生产日期与序列号
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致
谢
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7
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3.直流电机的动态特性
--直流电机动态框图 --直流电机的基本传递函数
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目
录
• 直流电机的优点
直流电机特点
1。直流电机的选用
--直流电机特点 --直流电机的选用 --直流伺服电机实例
– 具有良好的线性控制特性，静、动态控制性能好。 – 调速范围广，易于无级调速、四象限运行。 – 起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。
电机的选择
则所选电机： 1.满足最大力矩要求； 2.满足最大转速要求； 3.满足连续运转要求，不 会产生过热现象。
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直流伺服电机等实例
1.直流伺服电机
--直流伺服电机特点 --低惯量直流伺服电机 --宽调速直流伺服电机
直流伺服电机
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直流伺服系统正被交流伺服系统所逐步取代， 但是其控制和应用的概念，是运动控制的基础； 交流电机的控制是基于直流电机模型进行的。
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直流电机铭牌参数
5 。最大转矩 TM（ N· m)：电机在短时间内可输出最大转矩， 它反映了电机的瞬时过载能力。 6。机电时间常数 m 和电磁时间常数 e ：分别反映了电机 的两个过渡过程时间。 7 。转动惯量（ kg· m2） ：高响应需求时，电机转子的转动 J 惯量与负载惯量有匹配要求。 8 。最大电流 I（ A）：对应于可允许最大输出转矩时的电机 m 电流。 其它铭牌参数：
• 直流伺服电动机在原理上与普通的直流电动机并无区别， 但是由于伺服电机工作特点的要求，在具体实现上结构有 些区别。 • 普通电磁式直流伺服电动机 结构较复杂但控制方便，灵活，既可电枢控制，也可 采用磁场控制。
2.直流力矩电机
--直流力矩电机 --有限转角直流力矩电机
3。直流微型电机/玩具电机
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直流伺服电机
直流伺服电机广泛应用在宽调速系统和精确位置控 制系统中，其输出功率一般为 1 ～几百瓦，也有达数千 瓦。额定电压有6V、 9V、12V、 24V、27V、48V、110V、 220V等；额定转速多在几百至几千r/min。
（3）额定转速 —转矩*转速=功率 （4）力矩常数Kt—电流，电势常数Ke—电压； （5）尺寸和质量
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JL-负载转动惯量； Jm -电机转动惯量；i-齿轮速比 TL-负载力矩；
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2ห้องสมุดไป่ตู้
电机的选择
例1 考虑两个具有不同参数的电机，如表所示。需要电
电机的选择
例1 在3000r/min速度下运行，产生=1.2 N· m
参数 Kt/ N· m/A Ke/ V/(rad/s) R/ Ω 电机A 0.1 0.1 0.5 电机B 0.2 0.2 2.0
机在3000r/min速度下运行，并产生=1.2 N· m。问需要什 么样的电机？
参数 Kt/（N· m/A） Ke/（V/（rad/s）） R/Ω
电枢无铁心，没有磁饱和效 应和齿槽效应，换向性能好，时 间常数小，快速响应性能好
低惯量直流伺服电机
杯型电枢直流伺服电动机
转动惯量非常小，具有较高的加速能力，时间常数可 小于1ms。
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低惯量直流伺服电机
低惯量直流伺服电机
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