直流伺服电机原理专题培训课件
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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。
《直流伺服电机》PPT课件
构造
图1-11 印制绕组直流伺服电动机 l-后轭铁(端盖)；2-永久磁钢；3-电刷；4-印制绕组；5-机壳；6-前轭铁(端盖)
转子呈薄片圆盘状，厚度一般为(1.5~2) mm，转子的绝缘基片是环氧玻璃 布胶板。胶合在基片两侧的铜箔用印刷电路制成双面电枢绕组，电枢导体还 兼作换向片。定子由永久磁钢和前后盘状轭铁组成，轭铁兼作前后端盖。组 成多极的磁钢胶合在轭铁一侧，在电机中形成轴向的平面气隙。
3.1.1概述
3. 控制系统对伺服电动机的根本要求
宽广的调速范围 机械特性和调节特性均为线性 无“自转〞现象 快速响应。
此外，还要求伺服电动机的控制功率小、重量轻、 体积小等。
3.1.2直流伺服电动机的控制方式和运行特性
控制方式
由
nUa IaRa
Ce
可知，改变电枢电压和改变励磁磁通都可以改变电动机的
构造 杯形电枢绕组是用导线绕在
绕线模上，然后用环氧树脂 定形做成的。杯形转子内外 两侧有内外定子构成磁路。 由于转子内外侧都需要有足 够的气隙，所以气隙大，磁 阻大，磁动势利用率低。
图1-10 杯形转子直流伺服电动机 l-内磁轭；2-电枢绕组；3-永久磁钢；
4-机壳(磁轭)；5-电刷；6-换向器
1.4.2 低惯量直流伺服电动机
1.4.1 直流力矩电动机
为什么做成圆盘状？
由 E a 6 p a 0 n N 6 a ( p 0 ) n 和 N T e 2 p a I a N 2 I a a ( p ) 可 N 知
在电枢电动势Ea Ua
、每极磁通
和导体电流ia
Ia 2a
一样的条件
下，增加导体数N和极对数p，能使转速n降低，电磁转矩Te增大。
由 nC U e a CT eC sR t ，a 2当n=0时，便可求得 Ua Ua0CRt a Ts
图1-11 印制绕组直流伺服电动机 l-后轭铁(端盖)；2-永久磁钢；3-电刷；4-印制绕组；5-机壳；6-前轭铁(端盖)
转子呈薄片圆盘状，厚度一般为(1.5~2) mm，转子的绝缘基片是环氧玻璃 布胶板。胶合在基片两侧的铜箔用印刷电路制成双面电枢绕组，电枢导体还 兼作换向片。定子由永久磁钢和前后盘状轭铁组成，轭铁兼作前后端盖。组 成多极的磁钢胶合在轭铁一侧，在电机中形成轴向的平面气隙。
3.1.1概述
3. 控制系统对伺服电动机的根本要求
宽广的调速范围 机械特性和调节特性均为线性 无“自转〞现象 快速响应。
此外，还要求伺服电动机的控制功率小、重量轻、 体积小等。
3.1.2直流伺服电动机的控制方式和运行特性
控制方式
由
nUa IaRa
Ce
可知，改变电枢电压和改变励磁磁通都可以改变电动机的
构造 杯形电枢绕组是用导线绕在
绕线模上，然后用环氧树脂 定形做成的。杯形转子内外 两侧有内外定子构成磁路。 由于转子内外侧都需要有足 够的气隙，所以气隙大，磁 阻大，磁动势利用率低。
图1-10 杯形转子直流伺服电动机 l-内磁轭；2-电枢绕组；3-永久磁钢；
4-机壳(磁轭)；5-电刷；6-换向器
1.4.2 低惯量直流伺服电动机
1.4.1 直流力矩电动机
为什么做成圆盘状？
由 E a 6 p a 0 n N 6 a ( p 0 ) n 和 N T e 2 p a I a N 2 I a a ( p ) 可 N 知
在电枢电动势Ea Ua
、每极磁通
和导体电流ia
Ia 2a
一样的条件
下，增加导体数N和极对数p，能使转速n降低，电磁转矩Te增大。
由 nC U e a CT eC sR t ，a 2当n=0时，便可求得 Ua Ua0CRt a Ts
(完整版)《直流伺服电动机》PPT课件
第二章 直流伺服电动机
3.4 直流电动机的使用
3.4.1 直流电动机的启动
启动要求：
①启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时阻转矩，包括总
阻转矩
Ts
和惯性转矩J
dΩ dt
。
②启动时电枢电流不要太大，一般把启动电流限制在允许电 流值的 1.5～2 倍以内。
③要求电动机有较小的转动惯量和加速过程中保持足够大的 电磁转矩，以利于缩短启动时间。
第二章 直流伺服电动机
1) 负载为常数时的调节特性
电动机的负载转矩主要是动摩擦转矩TL加上电机本 身的阻转矩T0， 所以电动机的总阻转矩Ts=TL+T0。 在 转速比较低的条件下， 总阻转矩Ts是一个常数。
由式： n Ua TsRa
Ce CeCT 2
表征调节特性两个量
①始动电压——Ua0，是电动机处于待动而未动这种临界状 态时的控制电压。
作为控制信号， 实现电动机的转速控制。
第二章 直流伺服电动机
电枢电压Ua,转速n 以及电磁转矩T 的关系：
Ua
移项后，得到
Cen
TRa
CT
n
Ua Ce
TRa CeCT 2
在稳态时，电动机的电磁转矩与轴上的阻转矩相平衡， 即
T=Ts。所以稳态时，上式可以写成
n
Ua
Ce
Ts Ra
CeCT 2
第二章 直流伺服电动机
第二章 直流伺服电动机
第 3章 直流伺服电动机
3.1 直流电动机 3.2 电磁转矩和转矩平衡方程式 3.4 直流电动机的使用 3.5 直流伺服电动机及其控制方法 3.6 直流伺服电动机的稳态特性 3.9 直流力矩电动机 习题
第二章 直流伺服电动机
任务31直流伺服电动机原理与应用-PPT课件
情景三 伺服电机
任务3-1 直流伺服电动机 原理与应用结构与工作原理
知识目标 1、掌握直流伺服电动机的结构。 2、掌握直流伺服电动机的工作原理。 3、了解直流伺服电动机的应用。 能力目标 直流伺服电动机的接线、操作使用
伺服电动机又称执行电机，在自动控制系统中作为执行元 件。
功能：电压信号转轴的角位移或角速度
Uc (s)
U c(s)Ea(s) U c(s)Ea(s)
1
Ea (s)
R a sL a
Ic (s)
Ic (s)
Te (s)
KT
Te
(
s)
TL(s) T(s)
T(s) 1 Js
(s)
(s)
方块图
Ea (s) K e
U c(s)Ea(s)
Uc (s)
1
R a sL a
nUc Ke
Ra KeKT
Te
n
Ic
Uc
伺服电动机和伺服系统
机械特性
控制电压恒定时，电机转速随转矩的变化关系
nU KceKR eK aTTenn0keT U c 1 U c 2 U c 3
理想空载转速：
n0
Uc Ke
Uc 1 Uc 2
Uc 3
堵转转矩：
Td
KT Ra
国产型号：SYK
1-内定子， 2-外定子， 3-空 心杯电枢， 4-电刷，5-换向器
伺服电动机和伺服系统
C. 无槽电枢直流伺服电动机
N
电枢铁心上无槽，电枢绕组
直接排列在铁心表面，再用
环氧树脂将它与电枢铁心固
化为一个整体；
定子磁极为电磁或永磁式；
任务3-1 直流伺服电动机 原理与应用结构与工作原理
知识目标 1、掌握直流伺服电动机的结构。 2、掌握直流伺服电动机的工作原理。 3、了解直流伺服电动机的应用。 能力目标 直流伺服电动机的接线、操作使用
伺服电动机又称执行电机，在自动控制系统中作为执行元 件。
功能：电压信号转轴的角位移或角速度
Uc (s)
U c(s)Ea(s) U c(s)Ea(s)
1
Ea (s)
R a sL a
Ic (s)
Ic (s)
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KT
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T(s) 1 Js
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方块图
Ea (s) K e
U c(s)Ea(s)
Uc (s)
1
R a sL a
nUc Ke
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Te
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Ic
Uc
伺服电动机和伺服系统
机械特性
控制电压恒定时，电机转速随转矩的变化关系
nU KceKR eK aTTenn0keT U c 1 U c 2 U c 3
理想空载转速：
n0
Uc Ke
Uc 1 Uc 2
Uc 3
堵转转矩：
Td
KT Ra
国产型号：SYK
1-内定子， 2-外定子， 3-空 心杯电枢， 4-电刷，5-换向器
伺服电动机和伺服系统
C. 无槽电枢直流伺服电动机
N
电枢铁心上无槽，电枢绕组
直接排列在铁心表面，再用
环氧树脂将它与电枢铁心固
化为一个整体；
定子磁极为电磁或永磁式；
直流伺服与交流伺服课件
应用场景的比较
直流伺服电机
广泛应用于需要高精度定位和速度控制的场合，如数控机床、纺织机械、包装机械等。
交流伺服电机
广泛应用于需要大功率和高效率的场合，如工业机器人、自动化生产线、航空航天等领 域。
05
伺服电机的选型与使 用
伺服电机的选型原则
01
02
03
04
根据负载性质选择
根据负载的重量、摩擦系数、 加速度等参数，选择合适的伺
直流伺服电机的应用场景
01
直流伺服电机广泛应用于各种需 要精确控制速度和位置的场合， 如数控机床、包装机械、印刷机 械、纺织机械等。
02
在机器人领域中，直流伺服电机 也常被用于关节驱动、直线驱动 等部位，实现高精度、高响应的 运动控制。
03
交流伺服电机
交流伺服电机的工作原理
交流伺服电机的工作原理基于电磁感 应原理，通过在电机的定子上施加三 相交流电压，产生旋转磁场，转子在 磁场中旋转，从而实现电机的转动。
直流伺服与交流伺 服课件
目 录
• 伺服电机概述 • 直流伺服电机 • 交流伺服电机 • 直流与交流伺服电机的比较 • 伺服电机的选型与使用
01
伺服电机概述
伺服电机的定义与工作原理
伺服电机是一种能够精确控制其 转速和转矩的电机，广泛应用于
各种自动化设备和控制系统。
伺服电机的工作原理基于电磁感 应定律，通过输入电压或电流信 号，产生磁场，进而驱动电机转
交流伺服电机通常采用永磁同步电机 （PMSM）或感应电机，具有较高的 控制精度和响应速度。
交流伺服电机的结构与特点
交流伺服电机由定子和转子组成，定子上装有绕组，转子采用永磁体或导磁材料 制成。
交流伺服电机具有体积小、重量轻、效率高、动态性能好等优点，能够实现高精 度、快速的控制。
直流伺服电机PPT课件
电流反馈
功放
第14页/共47页
G
M
§6.4 直流伺服电机 （五） 直流进给运动的速度控制（2）PWM调速系统
① 主回路：
大功率晶体管开关放大器； ② 控制回路：功率整流器。
速度调节器；
电流调节器；
固定频率振荡器及三角波发生器；
脉宽调制器和基极驱动电路。
区别：
与晶闸管调速系统比较，速度调节器和电流调节
2） 脉宽调制器
同向加法放大器电路图 U S r –速度指令转化过
来的直流电压
U△
R1
U Sr
R1
R2
+ +12V
-
R3
USC
U △- 三角波
USC- 脉宽调制器的输
出（ U S r +U △ ）
调制波形图
U △+U S r
U△
+U S r
o
o
t
-12V U △+U S r
t
o
-U S r
t
U SC
电机转速与理想空载转速的差
（6.7）
ω（n） △ω
ωO
O
TL TS T
图6.7 直流电机的机械特性
第3页/共47页
§6.4 直流伺服电机 （二）一般直流电机的工作特性
2. 动态特性 直流电机的动态力矩平衡方程式为
TM TL J d
dt
式中
TM ─电机电磁转矩； TL ─ 折算到电机轴上的负载转矩； ω ─ 电机转子角速度； J ─ 电机转子上总转动惯量；
（6.1）
KT —转矩常数； Φ—磁场磁通；Ia —电枢电流；TM —电磁
转矩。电枢回路的电压平衡方程式为:
伺服电机培训课件(PPT 39张)
Pr1.09第二转矩滤波 ↓
3.转矩控制的基本参数调节
参数号 Pr0.01 Pr3.18 Pr3.19 Pr3.20 Pr0.11 Pr3.21
参考值 2 用户指定 用户指定 用户指定 用户指定 用户设置
备注 控制方式选择，固定为“2” 转矩指令选择 转矩指令增益，单位 （×0.1V/100%） 电机旋转逻辑取反， 反馈脉冲数 转矩模式速度限制
速度前馈(speed feedforward)的效果：速度(speed)观测
【实时自动调整流程图】
实行实时自动调整的情况下， 右图表示调整流量。 是 运转是否 实时自动调整这一功能，可 结束 正常？ 以进行自动增益切换，自动 设定位置环路增益，速度环 路增益，速度环路积分时间 分析频率（FFT） 把握共振特性 常数、速度观测滤波器、转 矩滤波器、前馈速度，惯量 比等个调整参数，不能更改 ①把握速度环增益的范围 。 ②把握共振点,根据需要使用 按照操作手册进行调整时， 陷波滤波器 需要设定实时自动调整功能 为无效。 出现共振现象时 要求更短的整定时间时
举一个简单例子：有一台机械，是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速 度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性，分 析其动作过程： 当驱动器将电流送到电机时，电机立即产生扭矩；一开始，由于V形带 会有弹性，负载不会加速到象电机那样快；伺服电机会比负载提前到达设 定的速度，此时装在电机上的偏码器会削弱电流，继而削弱扭矩； 随着V 型带张力的不断增加会使电机速度变慢，此时驱动器又会去增加电流，周 而复始。 在此例中，系统是振荡的，电机扭矩是波动的，负载速度也随之波动。其 结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过，这都不是由伺服电机引起的， 这种噪声和不稳定性，是来源于机械传动装置，是由于伺服系统反应速度 (高)与机械传递或者反应时间（较长）不相匹配而引起的，即伺服电机响 应快于系统调整新的扭矩所需的时间。 找到了问题根源所在，再来解决当然就容易多了，针对以上例子，您可以： （1）增加机械刚性和降低系统的惯性，减少机械传动部位的响应时间， 如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带。（2）降低伺服系 统的响应速度，减少伺服系统的控制带宽，如降低伺服系统的增益参数值。 （3）设置滤波器，陷波等。
第2章直流伺服电动机.ppt
机达到匀速旋转的稳定状态。 式(2 - 6)称为电动机的稳态转矩
平衡方程式。
把电机本身的阻转矩和负载的阻转矩合在一起叫做总阻转 矩Ts， 即
Ts=T0+TL 则转矩平衡方程式可写成
Tem=Ts
第2章 直流伺服电动机
3.动态转矩平衡方程
实际上， 电动机经常运行在转速变化的情况下， 例
如启动、 停转或反转等， 因此必须讨论转速改变时的转
CT
60
2
Ce
(2 - 4) (2 - 5)
第2章 直流伺服电动机
2. 电动机稳态转矩平衡方程式
直流电动机所产生的电磁转矩作为驱动转矩使电动机旋转。
当电动机带着负载匀速旋转时， 其输出转矩T2必定与负载转 矩TL相等， 但电动机的输出转矩是否就是电磁转矩Tem呢? 不是的。
因为电机本身的机械摩擦(例如轴承的摩擦、 电刷和换向器的 摩擦等)和电枢铁心中的涡流、 磁滞损耗都要引起阻转矩， 此 阻转矩用T0——空载转矩。
第2章 直流伺服电动机
图 3 - 4 电枢回路串联启动电阻
第2章 直流伺服电动机
2. 电动机的调速方法
某些场合往往要求电动机的转速在一定范围内调节， 例如电 车、 机床、 吊车等， 调速范围根据负载的要求而定。
由式(3 - 10):
n Ua Ia Ra
Ce
可以看出， 调速可以有 3 种方法：
示。 由图 2- 2 可知， 感应电势的方向与电流方向相反，它 有阻止电流流入电枢绕组的作用， 因此电动机中的感应电 势是一种反电势。
虽然直流电动机感应电势的作用与直流发电机不同， 但电枢导体切割磁通， 产生感应电势的情形完全一样。 所 以电动机电刷两端感应电势Ea的公式也相同， 即
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5.3直流伺服 电机原理
伺服电机及其控制方法培训教程
• 本讲提纲
直流伺服电动机原理
• 什么是直流伺服电机 • 直流伺服电机的结构及工作原理 • 直流伺服的电机分类 • 直流伺服电机的特性
伺服电机及其控制方法培训教程
• 什么是直流电机
是将机械能转换为直流电能或将直流电能 转换为机械能的一种装置。 把机械能转换为电能的直流电机称为直流 发电机(dc generators)，把电能转换为机 械能的直流电机称为直流电动机(dc motor)。
定功率情况下运行的电机转速（r/min）。
伺服电机及其控制方法培训教程
速度控制原理
直流电机的输出电磁转 矩表达式：
T faD 2 v N B a la v D i 2 N ll2 I a a 2 2 pN 2 p a N I a C T I a
pN
CT 2a 称为转矩常数，与电机结构有关的参数
伺服电机及其控制方法培训教程
控制直流伺服电机电磁转矩和速度的方法： （1）改变电枢电压 U a 即改变电枢电流 I a
（2）改变励磁电流 I f 即改变磁通
线性好，控制方便，相应速度快，输出转矩大
伺服电机及其控制方法培训教程
速度控制技术指标
（1）调速范围D—电机在额定负载下
D n max n min
3、动态特性
从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过 程，这就是直流电机的动态特性。
伺服电机及其控制方法培训教程
机械特性
在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转 矩M变化而变化的规律，称直流电机的机械特性。
直流电机的机械特性曲线： K值大表示电磁转矩的变化引起 电机转速的变化大，这种情况称 直流电机的机械特性软；反之， 斜率K值小，电机的机械特性硬。 在直流伺服系统中，总是希望电 机的机械特性硬一些，这样，当 带动的负载变化时，引起的电机 转速变化小，有利于提高直流电 机的速度稳定性和工件的加工精 度。 功耗增大。
伺服电机及其控制方法培训教程
直流电动机的结构
伺服电机及其控制方法培训教程
（1）定子：定子磁极磁场由定子的磁极产生。根据 产生磁场的方式，直流伺服电机可分为永磁式和 电磁式。永磁式磁极由永磁材料制成，电激式磁 极由冲压硅钢片叠压而成，外绕线圈通以直流电 流便产生恒定磁场。
（2）转子：又称为电枢，由硅钢片叠压而成，表面 嵌有线圈，通以直流电时，在定子磁场作用下产 生带动负载旋转的电磁转矩。
伺服电机及其控制方法培训教程
动态特性
从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动 态特性。
t
t
KUa 1 eTm
决定时间常数的主要因素有：惯性J的影响、电枢回路电阻Ra的影响、机械 特性硬度的影响。
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分类：
直流伺服电机的种类
直流伺服电机的机构
伺服电机及其控制方法培训教程
• 直流电机的特点
调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动 机在一定负载的条件下，根据需要，人为地 改变电动机的转速。直流电动机可以在重负 载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而 且调速范围较宽。 起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调 节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀 调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷 扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机 拖动。
伺服电机及其控制方法培训教程
直流电机的机构
伺服电机及其控制方法培训教程
• 直流电机分类
• 永磁式 • 电磁式
伺服电机及其控制方法培训教程
直流电机空载是指电机对外无功率 输出、不带负载空转的一种状态。 直流电机空载时，励磁绕组内有励 磁电流，电动机电枢电流很小可忽 略
伺服电机及其控制方法培训教程
伺服电机及其控制方法培训教程
主要参数 额定功率Pe：指轴上输出的机械功率，它等于额
定电压、额定电流及额定效率的乘积，即PN=
UNINhN。
额定电压Ue：电机长期安全运行时所能承受的电
压（V）。
额定电流Ie：指电机按规定的工作方式运行时，
电枢绕组允许通过的电流（A）。
伺服电机及其控制方法培训教程
额定转速ne：指电机在额定电压、额定电流和额
（3）电刷和换向片：为使所产生的电磁转矩保持 恒定方向，转子能沿固定方向均匀的连续旋转， 电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相 接。
伺服电机及其控制方法培训教程
换向器和电刷的作用
在直流电动机中，换向器和电刷的共同作用： （1）将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电； （2）把外面不转的电路与转动的电路联接。
伺服电机及其控制方法培训教程
直流伺服电机的基本特性： 1、机械特性
在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电 磁转矩M变化而变化的规律，称直流电机的机械特性。
2、调节特性
直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机 的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律， 被称为直流电机的调节特性。
伺服电机及其控制方法培训教程
调节特性
直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n随电 枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性。
直流电机的调节特性曲线 斜率K反映了电机转速n随控制电压Ua的变化而变化快慢的关系，其值大小 与负载大小无关，仅取决于电机本身的结构和技术参数。
（2）静差度S—电机由理想空载增加到额定负载
时转速降落 n e 与理想转速 n 0 之比
sn0 ne ne
n0
n0
（3）调速的平滑性Q—两个相近转速之比 Q
ni n i 1
Q越接近于1，平滑性越好
小惯量直流电机——印刷电路板的自动钻孔机 中惯量直流电机（宽调速直流电机）——数控 机床的进给系统
大惯量直流电机—服电机及其控制方法培训教程
主要技术参数：
额定功率Pe 额定电压Ue 额定电流Ie 额定转速ne 额定转矩MIe 调速范围D
直流伺服电机的选择，是根据被驱动机械的负载转矩、运 动规律和控制要求来确定
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• 本讲提纲
直流伺服电动机原理
• 什么是直流伺服电机 • 直流伺服电机的结构及工作原理 • 直流伺服的电机分类 • 直流伺服电机的特性
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• 什么是直流电机
是将机械能转换为直流电能或将直流电能 转换为机械能的一种装置。 把机械能转换为电能的直流电机称为直流 发电机(dc generators)，把电能转换为机 械能的直流电机称为直流电动机(dc motor)。
定功率情况下运行的电机转速（r/min）。
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速度控制原理
直流电机的输出电磁转 矩表达式：
T faD 2 v N B a la v D i 2 N ll2 I a a 2 2 pN 2 p a N I a C T I a
pN
CT 2a 称为转矩常数，与电机结构有关的参数
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控制直流伺服电机电磁转矩和速度的方法： （1）改变电枢电压 U a 即改变电枢电流 I a
（2）改变励磁电流 I f 即改变磁通
线性好，控制方便，相应速度快，输出转矩大
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速度控制技术指标
（1）调速范围D—电机在额定负载下
D n max n min
3、动态特性
从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过 程，这就是直流电机的动态特性。
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机械特性
在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转 矩M变化而变化的规律，称直流电机的机械特性。
直流电机的机械特性曲线： K值大表示电磁转矩的变化引起 电机转速的变化大，这种情况称 直流电机的机械特性软；反之， 斜率K值小，电机的机械特性硬。 在直流伺服系统中，总是希望电 机的机械特性硬一些，这样，当 带动的负载变化时，引起的电机 转速变化小，有利于提高直流电 机的速度稳定性和工件的加工精 度。 功耗增大。
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直流电动机的结构
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（1）定子：定子磁极磁场由定子的磁极产生。根据 产生磁场的方式，直流伺服电机可分为永磁式和 电磁式。永磁式磁极由永磁材料制成，电激式磁 极由冲压硅钢片叠压而成，外绕线圈通以直流电 流便产生恒定磁场。
（2）转子：又称为电枢，由硅钢片叠压而成，表面 嵌有线圈，通以直流电时，在定子磁场作用下产 生带动负载旋转的电磁转矩。
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动态特性
从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动 态特性。
t
t
KUa 1 eTm
决定时间常数的主要因素有：惯性J的影响、电枢回路电阻Ra的影响、机械 特性硬度的影响。
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分类：
直流伺服电机的种类
直流伺服电机的机构
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• 直流电机的特点
调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动 机在一定负载的条件下，根据需要，人为地 改变电动机的转速。直流电动机可以在重负 载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而 且调速范围较宽。 起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调 节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀 调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷 扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机 拖动。
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直流电机的机构
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• 直流电机分类
• 永磁式 • 电磁式
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直流电机空载是指电机对外无功率 输出、不带负载空转的一种状态。 直流电机空载时，励磁绕组内有励 磁电流，电动机电枢电流很小可忽 略
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主要参数 额定功率Pe：指轴上输出的机械功率，它等于额
定电压、额定电流及额定效率的乘积，即PN=
UNINhN。
额定电压Ue：电机长期安全运行时所能承受的电
压（V）。
额定电流Ie：指电机按规定的工作方式运行时，
电枢绕组允许通过的电流（A）。
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额定转速ne：指电机在额定电压、额定电流和额
（3）电刷和换向片：为使所产生的电磁转矩保持 恒定方向，转子能沿固定方向均匀的连续旋转， 电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相 接。
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换向器和电刷的作用
在直流电动机中，换向器和电刷的共同作用： （1）将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电； （2）把外面不转的电路与转动的电路联接。
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直流伺服电机的基本特性： 1、机械特性
在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电 磁转矩M变化而变化的规律，称直流电机的机械特性。
2、调节特性
直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机 的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律， 被称为直流电机的调节特性。
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调节特性
直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n随电 枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性。
直流电机的调节特性曲线 斜率K反映了电机转速n随控制电压Ua的变化而变化快慢的关系，其值大小 与负载大小无关，仅取决于电机本身的结构和技术参数。
（2）静差度S—电机由理想空载增加到额定负载
时转速降落 n e 与理想转速 n 0 之比
sn0 ne ne
n0
n0
（3）调速的平滑性Q—两个相近转速之比 Q
ni n i 1
Q越接近于1，平滑性越好
小惯量直流电机——印刷电路板的自动钻孔机 中惯量直流电机（宽调速直流电机）——数控 机床的进给系统
大惯量直流电机—服电机及其控制方法培训教程
主要技术参数：
额定功率Pe 额定电压Ue 额定电流Ie 额定转速ne 额定转矩MIe 调速范围D
直流伺服电机的选择，是根据被驱动机械的负载转矩、运 动规律和控制要求来确定