1、第 3 章电动机转矩转速控制3.2 直流步电动机原理与特性直流步电动机原理与特性1直流电机直流电机(DC Machines)概述概述 直流电机是电机的主要类型之一。直流电机可直流电机是电机的主要类型之一。直流电机可作为发电机使用，也可作为电动机使用。作为发电机使用，也可作为电动机使用。用作发电机可以获得直流电源，用作电动机，用作发电机可以获得直流电源，用作电动机，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用。较高的场合，得到广泛使用。直流电机的用途直流电机的用途:作电源用作电源用:发电机；作动力用发电机；作动力用:电动机；信号
2、的传递电动机；信号的传递:测速发电机测速发电机,伺服电机伺服电机3.2.1 工作原理工作原理U+NS电刷电刷换向片换向片直流电源直流电源电刷电刷换向器换向器线圈线圈3.2.2 静态和动态特性静态和动态特性ddddemt aemdaeaaa aaaTK iJTTteKiuR iLetaaemeetuRTKK K静态时可得直流伺服电动机的转速公式为：静态时可得直流伺服电动机的转速公式为：0tanabetRTK K理想空载转速理想空载转速电动机的堵转转矩转速电动机的堵转转矩转速机械特性硬度机械特性硬度0aeuKtbaaKTuRd()()()()d()()()()d()()()()daaa aaaae
3、emt aemdi tu tR i tLe tte tKtTtK i ttTtJBtT tt()()()()()()()()()()()()aa aaaaeemt aemdU sR I sL sI sE sE sKsTsK I sTsJsBsT s Lapalace变换变换直流伺服电机的动态特性方程直流伺服电机的动态特性方程2()()()taaaaaetsKUsL JsL BR J sR BK KaaaametLTRR JTK KJTB电动机电磁时间常数电动机机电时间常数机械系统时间常数令：令：2()1/()()(1)eammaammsKT TTUsT T sTsTT则直流伺服电动机的传递函数
4、可变为：则直流伺服电动机的传递函数可变为：如果忽略电枢及粘性阻尼系数，直流伺服电动机的传如果忽略电枢及粘性阻尼系数，直流伺服电动机的传递函数可近似为：递函数可近似为：()1/()1eamsKUsT s2()1()()(1)aaammdetammsL sRT TTT sK KT T sTsTT 2()()()aadaaaaetsL sRT sL JsL BR J sR BK K 类似的可得到阻转矩与电机转速的传递函数为：类似的可得到阻转矩与电机转速的传递函数为：代入时间常数可得代入时间常数可得：（1）设计良好的机械系统，以减小等效转动惯量J；（2）电机供电电源内阻尽可能小，降低电枢回路内阻Ra；
5、（3）附加加速度负反馈，加大等效反电动势系数Ke；()1()1adetmsRT sK K T s 类似简化可得：要加快系统响应速度，展宽系统频带，必须设法减小要加快系统响应速度，展宽系统频带，必须设法减小Tm。3.3 直流电动机驱动电路直流电动机驱动电路 直流电动机的驱动电路是用于放大控制信号并向电动直流电动机的驱动电路是用于放大控制信号并向电动机提供必要能量的电子装置。机提供必要能量的电子装置。3.3.1 3.3.1 线性直流功率放大器线性直流功率放大器特点：特点：线性直流功率放大器是指放大器中的功率元线性直流功率放大器是指放大器中的功率元件工作于线性状态的放大器，其输出电压或电流同控件工作
6、于线性状态的放大器，其输出电压或电流同控制信号成比例关系。制信号成比例关系。优点：线路相对简单，电磁干扰比较小。优点：线路相对简单，电磁干扰比较小。缺点：效率很低。缺点：效率很低。一般用于控制小功率的电动机或电磁干扰较小的一般用于控制小功率的电动机或电磁干扰较小的系统中。系统中。1 1、单极性功率放大器、单极性功率放大器 2 2、双极性功率放大器双极性功率放大器3.3.2 线性直流功率放大器线性直流功率放大器1.脉宽调制原理脉宽调制原理142()(21)sincossmsnsUntUtDUnDnT1(1)22piisppuuuDTuu1(1)42()sin2cos2ipismsnpsuuuUn
7、tUtUnunT2.PWM功率放大器功率放大器（1）T型单极性开关放大器型单极性开关放大器（2）T型双极性开关放大器型双极性开关放大器（3）H型单极性开关放大器型单极性开关放大器控制方式是：控制方式是：VT1，VT2基极加相位反相的脉宽调基极加相位反相的脉宽调制型号，制型号，VT3加截止信号，加截止信号，VT4加导通信号。加导通信号。（4）H型有限单极性开关放大器型有限单极性开关放大器控制方式是：控制方式是：VT1基极加脉宽调制型号，基极加脉宽调制型号，VT2、VT3加截止信号，加截止信号，VT4加导通信号。加导通信号。（5）H型双极性开关放大器型双极性开关放大器14231bbbbbuuuuu（6）倍频式）倍频式H型单极性开关放大器型单极性开关放大器3.PWM放大器中的一些特殊问题放大器中的一些特殊问题1.功率管选择功率管选择2.功率管的保护功率管的保护3.功率管的开通延时功率管的开通延时4.功率管的泵升电压功率管的泵升电压3.3.3 晶闸管驱动晶闸管驱动
