(完整PPT)第四章__機(jī)電一體化系統(tǒng)的執(zhí)行元件——控制電動(dòng)機(jī)課件

1、 作業(yè) 1、以三相步進(jìn)電機(jī)為例，畫(huà)簡(jiǎn)圖敘述其基本工作原理。 2、三相步進(jìn)電機(jī)不同通電方式有何特點(diǎn)？ 3、若用單片機(jī)控制三相步進(jìn)電機(jī)，試說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)三相雙三拍通電方式的軟環(huán)分。 4、直流伺服電動(dòng)機(jī)有何優(yōu)點(diǎn)？其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么 ？ 5、畫(huà)出直流伺服電機(jī)PWM雙極性控制的T形直流調(diào)壓驅(qū)動(dòng)電路，并敘述其基本原理 。 異步電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)等都是作為動(dòng)力使用的，其主要任務(wù)是能量的轉(zhuǎn)換。各種控制電機(jī)有各自的控制任務(wù)：如: 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。 伺服電動(dòng)機(jī)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象； 直線電動(dòng)機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。 本章

2、介紹的各種控制電機(jī)的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和傳遞控制信號(hào)，能量的轉(zhuǎn)換是次要的。 控制電機(jī)的種類很多，本章只討論常用的幾種:步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)和直線電動(dòng)機(jī)。概 述伺服（隨動(dòng)）系統(tǒng) ：在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，輸出量能夠以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)。它用來(lái)控制被控對(duì)象的轉(zhuǎn)角（或位移），使其能自動(dòng)地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律。 伺服系統(tǒng)的基本組成：控制器、功率放大器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)裝置等四大部分，如圖5.1所示。 圖5.1 伺服系統(tǒng)的組成 伺服系統(tǒng)的種類：按控制方式劃分開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)，以及由它們組合的復(fù)合伺服控制系統(tǒng)。2）按使用驅(qū)動(dòng)元件劃

3、分：步進(jìn)伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、氣壓伺服系統(tǒng)。第四章 機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件 控制第一節(jié) 概 述 一、功能： 執(zhí)行元件是伺服系統(tǒng)的組成部分，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)的重要組成部分，用來(lái)將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作。是一種能量變換元件。處于機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)與微電子控制裝置的接點(diǎn)（聯(lián)接）部位的能量轉(zhuǎn)換元件 機(jī)電一體化伺服系統(tǒng)要求執(zhí)行元件具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，輸出動(dòng)力大，便于控制，可靠性高和安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。 二、執(zhí)行元件的種類及特點(diǎn) 根據(jù)使用能量的不同，執(zhí)行元件主要分為電磁（氣）式、液壓式和氣壓式三大類型，如圖所示。 常用執(zhí)行元件的種類交流(A

4、C)伺服電機(jī)直流(DC)伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)其它電機(jī)雙金屬片形狀記憶合金壓電原件其它電磁鐵及其它與材料有關(guān)氣壓馬達(dá)氣缸液壓馬達(dá)油缸電動(dòng)機(jī)電磁式液壓式氣動(dòng)式執(zhí)行元件各種執(zhí)行元件的特點(diǎn) 1、電氣執(zhí)行元件 電氣執(zhí)行元件主要是直流（DC）伺服電機(jī)、交流（AC）伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。能實(shí)現(xiàn)定位伺服，響應(yīng)快，易于CPU接口，體積小，動(dòng)力大，無(wú)污染。對(duì)這些伺服電機(jī)除了要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)以外，一般還要求動(dòng)態(tài)性能好，適合于頻繁使用，便于維修等，自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 2、液壓式執(zhí)行元件 液壓式執(zhí)行元件主要包括往復(fù)運(yùn)動(dòng)油缸、回轉(zhuǎn)油缸、液壓馬達(dá)等，其中油缸最為常見(jiàn)。在同等輸出功率的情況下，液壓元件具有重量輕、快速性好，運(yùn)行

5、平穩(wěn)等特點(diǎn)。 廣泛應(yīng)用于大功率控制系統(tǒng)。3、氣壓式執(zhí)行元件 氣壓式執(zhí)行元件除了用壓縮空氣作工作介質(zhì)外，與液壓式執(zhí)行元件沒(méi)有區(qū)別。氣壓驅(qū)動(dòng)雖可得到較大的驅(qū)動(dòng)力、行程和速度，但由于空氣粘性差且具有可壓縮性，故不能在定位精度要求較高的場(chǎng)合使用，在中、小功率化工石油設(shè)備（防爆）、機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化上應(yīng)用較多。三、對(duì)伺服控制電動(dòng)機(jī)的基本要求（2）快速性好 加速度大、響應(yīng)特性好。 （3）位置控制與速度控制精度高、調(diào)速范圍大、低速平穩(wěn)性好、分辨率高以及振動(dòng)噪音小。 （4）能適應(yīng)頻繁啟動(dòng)，可靠性高、壽命長(zhǎng)。 （5）易于與計(jì)算機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、功率/能量、控制運(yùn)動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換，對(duì)伺服控制電動(dòng)機(jī)

6、提出了一些基本要求。 （1）慣性小、功率大直流電源電刷換向器線圈U+NS電刷換向片II15直流與交流伺服電動(dòng)機(jī)熟悉直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的基本工作原理IUSbNadc 當(dāng)直流電源接通后，電流從電源正極經(jīng)電刷A和換向片進(jìn)入位于N極區(qū)的電樞線圈邊ab，再?gòu)奈挥赟極區(qū)的線圈邊cd流出，最后經(jīng)另電刷換向片IffTn一個(gè)換向片和電刷B流到電源負(fù)極，如圖所示。線圈ab和cd作為載流導(dǎo)體要受到磁場(chǎng)力（安培力）的作用，力的方向可用左手定則判定。可用判定出，ab受到向左的力f，cd受到向右的力f，這兩個(gè)力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成逆時(shí)針?lè)较蛄?，線圈被驅(qū)動(dòng)沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。因此，電樞逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。BA直流電機(jī)的基本工作原

7、理 當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)180以后，線圈邊ab和cd位置如圖所示，而換向器也與線圈同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證了兩磁極間的線圈邊中電流的方向總是不變，這也就保證了線IUScNdab電刷換向片IffTnBA圈所受電磁力矩的方向不變，電樞將沿著逆時(shí)針?lè)较蚶^續(xù)旋轉(zhuǎn)下去，就是說(shuō)，不管ab邊還是cd邊，哪條邊轉(zhuǎn)到上半部位（靠近N極），哪條邊就將受到向左的力；哪條邊轉(zhuǎn)到下半部位（靠近S極），哪條邊就將受到向右的力，因而整個(gè)線圈所受力矩的方向始終不變。 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 換向片電刷直流電機(jī)的基本工作原理 通過(guò)上述分析可知，換向器的作用是保證當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)電樞上的導(dǎo)體從一個(gè)磁極轉(zhuǎn)到另一個(gè)磁極下的時(shí)候，導(dǎo)體內(nèi)的電流也能及時(shí)換向，

8、從而保證電樞的電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不變。換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的直流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。IUScNdab電刷換向片IffBA第四節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個(gè)電脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即每當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組接受一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電動(dòng)機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向、很容易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。 一、概述 1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信

9、號(hào)角位移的執(zhí)行元 件,其特點(diǎn)如下： （1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它 的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)確定的角度，即步距角。 （2）改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋 轉(zhuǎn)方向隨之改變。 （3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快， 其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率 越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高。 （4）角位移量與電脈沖數(shù)成正比。 2、步進(jìn)電機(jī)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn) （1）控制性能好，起動(dòng)、停止、換向及其它任何運(yùn)動(dòng)形式的改變，可在若干個(gè)脈沖內(nèi)完成。 （2）步距角不易受各種干擾因素的影響，抗干擾能力強(qiáng)。 （3）誤差不長(zhǎng)期積累，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步距角，盡管存在一定的轉(zhuǎn)角誤差，但電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)360時(shí)，轉(zhuǎn)角累

10、計(jì)誤差將歸零。 （4）具有自鎖能力，一旦停止輸入脈沖，只要維持繞組通電，即可保持其固定位置。 （5）易于實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的接口。 基本結(jié)構(gòu)14 23定子上有6個(gè)齒，其上分別纏有U、V、W三相繞組，構(gòu)成三對(duì)磁極；(2) 轉(zhuǎn)子上則均勻分布著4個(gè)齒。U1U2V1V2W2W1定子轉(zhuǎn)子 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用直流電源供電。當(dāng)U、V、W三相繞組輪流通電時(shí)，通過(guò)電磁力的吸引，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一步一步地旋轉(zhuǎn)。 二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 1、結(jié)構(gòu)組成 主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子包括定子鐵芯和定子繞組。定子鐵芯由硅鋼片疊壓而成，定子繞組繞在定子鐵芯6個(gè)均勻分布的磁極上，在直徑方向上相對(duì)的兩個(gè)磁極上的線圈串聯(lián)在一起，構(gòu)成一

11、相控制繞組。圖示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成U、V、W三相控制繞組，故稱三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)；若為永久磁鐵永磁式步進(jìn)電機(jī)。 2、工作原理 當(dāng)通電順序?yàn)閁VWU時(shí)，假設(shè)U相繞組首先通電，氣隙中產(chǎn)生一個(gè)沿U1U2軸線方向的磁場(chǎng)，由于磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合，于是產(chǎn)生磁拉力使轉(zhuǎn)子1、3兩齒與U相繞組軸線U1U2對(duì)齊；然后U相斷電，V相通電，氣隙中產(chǎn)生一個(gè)沿V1V2軸線方向的磁場(chǎng)，產(chǎn)生磁拉力使轉(zhuǎn)子2、4兩齒與V相繞組軸線V1V2對(duì)齊；這時(shí)轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)了30。隨后V相斷電，W相通電，根據(jù)同樣的道理，轉(zhuǎn)子又順時(shí)針轉(zhuǎn)了30。若再U相通電，W相斷電，

12、那么轉(zhuǎn)子再順時(shí)針轉(zhuǎn)30。定子各相輪流通電一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一個(gè)齒（或一個(gè)磁極）。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組按UVWUVWU依次輪流通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就一步步地按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。14 2314 2314 2314 23U1U2V1V2W2W1三相單三拍運(yùn)行（每次切換前后只有一相繞組通電，其余繞組斷電） 通電順序： U 相V 相W 相U 相。 U 相通電 14 23U1U2V1V2W2W114 23 V 相通電 U1U2V1V2W2W1 W 相通電 14 2314 23一步兩步三步 對(duì)于定子為N相、轉(zhuǎn)子有z個(gè)齒的步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周所需的步數(shù)為Nz步。 轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一步所對(duì)應(yīng)的角度稱為步距角 30。電流換

13、接三次，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)磁距的位置，一個(gè)磁距所對(duì)應(yīng)的角度稱為齒距角（4個(gè)齒，90度）。若要反向，通電順序?yàn)椋篣WVU2、工作原理通電順序?yàn)椋篣WVU稱為三相單三拍運(yùn)行。 單： 是指每次只有一相定子的繞組通電；“一拍”：從定子的一相繞組通電換接到另一相繞組通電。每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角?！叭摹保菏侵敢粋€(gè)循環(huán)周期只換接了三次。 如UWV 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三相單三拍運(yùn)行時(shí)，由于切換時(shí)在一相繞組斷電而另一相繞組通電的交替時(shí)刻容易造成轉(zhuǎn)子失步，由單一繞組通電吸引轉(zhuǎn)子也容易造成轉(zhuǎn)子在平衡位置附近產(chǎn)生振動(dòng)，故運(yùn)行穩(wěn)定性差，所以實(shí)際中很少應(yīng)用三相單三拍方式。2、工作原理三相雙三拍運(yùn)行（每次切換前后有兩相

14、繞組通電） 通電順序： UV 相VW 相WU 相。 14 23U1U2V1V2W2W1 UV 相通電 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 VW 相通電 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 WU 相通電 14 23 步距角： = 30特點(diǎn)：力矩較大，定位精度高而不易失步。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周所需的步數(shù)也為Nz步。14 2314 23(3) 三相單雙六拍運(yùn)行（單、雙相通電交替出現(xiàn)）通電順序：UUV VVW W WU U。14 23U1U2V1V2W2W1114 23U1U2V1V2W2W1214 23U1U2V1V2W2W1314 23U1U2V1V2W2W1414 23U1U2V1V

15、2W2W1514 23U1U2V1V2W2W1614 23步距角： = 15 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周所需的步數(shù)也為2Nz步。 3、小步距角步進(jìn)電機(jī) 以上討論的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)其步距角都比較大，往往不能滿足傳動(dòng)設(shè)備對(duì)精度的要求。為了減小步距角，實(shí)際應(yīng)用中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通常將定子的每一個(gè)磁極分成許多小齒，轉(zhuǎn)子也由許多小齒組成。且定子U2U1W2W1V1V2和轉(zhuǎn)子的齒寬、齒距相等。當(dāng)U相定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對(duì)正時(shí)，V相和W相定子上的齒則處于錯(cuò)開(kāi)狀態(tài)，如圖所示，是一種小步距角結(jié)構(gòu)形式的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 3、小步距角步進(jìn)電機(jī) 3、小步距角步進(jìn)電機(jī)小步距角步進(jìn)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子展開(kāi)圖 通電方式不僅影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

16、的矩頻特性，對(duì)步距角也有影響。一個(gè)N相（即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的拍數(shù)）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如其轉(zhuǎn)子上有z個(gè)小齒，則其步距角可通過(guò)下式計(jì)算：式中，k是通電方式系數(shù)。當(dāng)采用單相或雙相通電方式時(shí)，k1；當(dāng)采用單雙相輪流通電方式時(shí)，k2?？梢?jiàn)，采用單雙相輪流通電方式還可使步距角減小一半。 例如，若z =40，三相單（雙）三拍通電方式： =3；三相六拍通電方式： =1.5 步進(jìn)電機(jī)的步距角決定了系統(tǒng)的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越高。 電子電路中的信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)（脈沖信號(hào)）時(shí)間上連續(xù)變化的時(shí)間和幅度都是跳變的處理此類信號(hào)的電路模擬電路（如整流電路、放大電路等）處理此類信號(hào)的電路數(shù)字電路（TTL,COMS

17、等）特點(diǎn)：注重電路的輸入、 輸出大小、相位關(guān)系特點(diǎn)：注重電路的輸入、輸出的邏輯關(guān)系脈沖信號(hào)的波形及參數(shù) 在數(shù)字電路中，信號(hào)（電壓和電流）是脈沖的。脈沖是一種躍變信號(hào),并且持續(xù)時(shí)間短暫。矩形波尖頂波最常見(jiàn)的脈沖波形脈沖周期T:相鄰兩個(gè)上升沿（或下降沿）的脈沖幅度的10兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。脈沖頻率f:單位時(shí)間的脈沖數(shù)，f=1/T脈沖幅度 A脈沖上升沿 tr 脈沖周期 T脈沖下降沿 tf 脈沖寬度 tp 脈沖信號(hào)的部分參數(shù)：A0.9A0.5A0.1AtptrtfT實(shí)際的矩形波正脈沖負(fù)脈沖脈沖信號(hào)變化后的電平值比初始電平值高脈沖信號(hào)變化后的電平值比初始電平值低返回目錄 脈沖信號(hào)的邏 輯狀態(tài)高電平 用1

18、 表示低電平 用0 表示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的計(jì)算： 如果脈沖的頻率為 f Hz， 的單位為度，則轉(zhuǎn)速（r/min)為：一個(gè)步距角脈沖頻率為 fN定子繞組的相數(shù)（即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的拍數(shù)），N也表示輸入的脈沖數(shù)目。 控制輸入給步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)目N可以控制步進(jìn)電機(jī)的角位移。結(jié)論 控制輸入給步進(jìn)電機(jī)的脈沖的頻率可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 。 控制步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向 。n =60 fz NN四、步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo) 1、步距角 指每給一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子所應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)的角度的理論值。 同一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因通電方式不同，運(yùn)行時(shí)步距角也是不同的。 步距角的確定：若通電方式和系統(tǒng)的

19、傳動(dòng)比i已初步確定，則b應(yīng)滿足： i max式中max為負(fù)載軸要求的最小位移增量（或脈沖當(dāng)量，即每一個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的負(fù)載軸的位移增量）。 2、靜態(tài)特性 指步進(jìn)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)工作條件下的特性，包括：矩角特性、靜轉(zhuǎn)矩及靜態(tài)穩(wěn)定特性等。 當(dāng)轉(zhuǎn)子帶有負(fù)載力矩通電時(shí)，轉(zhuǎn)子就不再能和定子上的某極對(duì)齊，而是相差一定的角度，該角度所形成的電磁轉(zhuǎn)矩正好和負(fù)載力矩相平衡。這個(gè)角度稱為失調(diào)角。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能帶的靜轉(zhuǎn)矩是受到限制的，最大靜轉(zhuǎn)矩表示步進(jìn)電機(jī)的承受載荷的能力。 單相通電時(shí)的矩角特性靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)TeTjmax-/2/20最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩靜態(tài)轉(zhuǎn)矩越大，靜態(tài)誤差就越小3、動(dòng)態(tài)特性參數(shù) 主要指動(dòng)態(tài)穩(wěn)定區(qū)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、矩頻特性

20、、慣頻特性等。 最高連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率fmax步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所能接受的最高控制頻率fmax，稱最高連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。 矩頻特性步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩隨頻率的增加而降低的特性，稱為矩頻特性。 原因分析： 定子繞組本身為一感性負(fù)載； f 增大，磁通量的變化加劇，鐵芯的渦流損失加大。 啟動(dòng)頻率：我們把不失步啟動(dòng)的最高脈沖頻率稱為啟動(dòng)頻率，也稱突跳頻率，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。失步：轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步數(shù)不等于輸入的脈沖數(shù)，包括丟步和越步兩種情況。運(yùn)行頻率：是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，當(dāng)控制脈沖頻率連續(xù)上升時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能不失步的最高頻率。 啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率啟動(dòng)矩頻特性 當(dāng)伺服系統(tǒng)要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率高于最大

21、允許啟動(dòng)率時(shí)，可先按較低的頻率啟動(dòng)， 然后按一定規(guī)律逐漸加速到運(yùn)行頻率。圖給出了90BF002型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)矩頻特性曲線。由圖可見(jiàn)， 負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大， 所允許的最大啟動(dòng)頻率越小。 運(yùn)行矩頻特性 空載啟動(dòng)頻率在空載狀態(tài)下，步進(jìn)電機(jī)能夠不失步啟動(dòng)的最高脈沖頻率稱為空載啟動(dòng)頻率，也稱突跳頻率，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。 圖是90BF002型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線。 圖 不同通電方式時(shí)的矩頻特性 右圖是某三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不同通電方式下工作時(shí)的矩頻特性曲線。顯然，采用單雙相輪流通電方式可使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在各種工作頻率下都具有較大的負(fù)載能力。五、步進(jìn)電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子繞組通

22、斷電次數(shù)和各相通電順序決定了輸出角位移和運(yùn)動(dòng)方向，控制脈沖分配頻率可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制。因此，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)一般采用開(kāi)環(huán)控制方式。圖示為開(kāi)環(huán)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由環(huán)形分配器、功率驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等組成。 環(huán)形分配器功率驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載指令脈沖輸出驅(qū)動(dòng)電源 驅(qū)動(dòng)電源將變頻信號(hào)源送來(lái)的脈沖信號(hào)及方向信號(hào)按照要求的配電方式自動(dòng)地循環(huán)供給給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子的各相繞組，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 1、環(huán)形脈沖分配器 定義：步進(jìn)電機(jī)的各相繞組必須按照一定的順序通電才能正常工作，這種使電機(jī)繞組的通電方式按一定規(guī)律變化的電子部件稱為環(huán)形脈沖分配器。 實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配的方法有兩種。

23、 (1) 軟環(huán)分：即計(jì)算機(jī)軟件分配，采用查表或計(jì)算的方法進(jìn)行脈沖分配。這種方法能充分利用計(jì)算機(jī)軟件資源，減少硬件成本，尤其是多相電動(dòng)機(jī)的脈沖分配更能顯示出這種分配方法的優(yōu)點(diǎn)。但由于軟件運(yùn)行會(huì)占用計(jì)算機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，因而會(huì)使插補(bǔ)運(yùn)算的總時(shí)間增加，從而影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。 采用計(jì)算機(jī)軟件利用查表程序來(lái)實(shí)現(xiàn)01H1006A05H1015CA04H0014C06H0113BC02H0102B03H1101AB反01H1000A正轉(zhuǎn)向代碼ABC脈沖通電狀態(tài)轉(zhuǎn)向通過(guò)讀取數(shù)據(jù)的順序可控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向；通過(guò)控制脈沖的頻率可控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。軟件環(huán)分驅(qū)動(dòng)控制 對(duì)于三相六拍環(huán)形分配器，每當(dāng)接收到一個(gè)進(jìn)給脈沖指

24、令，環(huán)形分配器軟件根據(jù)下表所示真值表，按順序及方向控制輸出接口將A、B、C的值輸出即可。CNC裝置電源A相驅(qū)動(dòng)B相驅(qū)動(dòng)C相驅(qū)動(dòng)CBAM （2）硬件環(huán)形分配 采用數(shù)字電路搭建或?qū)Ｓ玫沫h(huán)形分配器件將連續(xù)的脈沖信號(hào)經(jīng)電路處理后輸出環(huán)形脈沖。 采用數(shù)字電路搭建的環(huán)形分配器通常由分立元件（如觸發(fā)器、邏輯門(mén)等）構(gòu)成，特點(diǎn)是體積大，成本高，可靠性差。專用的環(huán)形分配器目前市面上有很多種，如CMOS電路CH250即為三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的專用環(huán)形分配器；L297和PMM8714為兩相繞組環(huán)分器；PMM8713為五相繞組電機(jī)環(huán)分器等。圖4-39 雙三拍環(huán)形分配器的原理圖 硬件環(huán)行分配器的基本構(gòu)成是觸發(fā)器。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)有

25、幾相就需要幾個(gè)序列脈沖，所以步進(jìn)電機(jī)有幾相，就要設(shè)置幾個(gè)觸發(fā)器。每個(gè)觸發(fā)器發(fā)出的脈沖就是一個(gè)序列脈沖，用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)某相定子繞組的通、斷電。 環(huán)形分配器CH250引腳圖(a) 引腳功能； (b) 三相六拍線路圖 2、功率驅(qū)動(dòng)（放大）器 功率放大器實(shí)際上是一個(gè)功率開(kāi)關(guān)電路，其功能是將環(huán)形分配器輸出的mA級(jí)的弱信號(hào)進(jìn)行功率放大，得到控制繞組所需要的脈沖電流及所需的脈沖波形。 驅(qū)動(dòng)電路的分類： 按采用的功率元件分：晶閘管和晶體管功率驅(qū)動(dòng)器。 按驅(qū)動(dòng)形式分： 電壓型：?jiǎn)坞妷盒?、雙電壓型（高低壓型） 電流型：恒流驅(qū)動(dòng)、斬波驅(qū)動(dòng) 六、步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制分為串行控制和并行控制。 串行控制：連線少，需要環(huán)形

26、分配器； 并行控制：連線多，不需要環(huán)形分配器；調(diào)速方式直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性方程為：式中， 一電樞控制電壓； 一電樞回路電阻； 每極磁通； 、 分別為電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。 二、伺服電機(jī)及其控制光電隔離技術(shù)為了保證輸入端與輸出端在電氣上是隔離的，兩端的電源也必須是獨(dú)立的。 圖3-14 帶光電隔離的輸出接口 3 繼電器輸出接口 1觸點(diǎn)式繼電器的控制當(dāng)線圈通電時(shí)，使開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合（或斷開(kāi)）；當(dāng)線圈不通電時(shí)，則開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)斷開(kāi)（或閉合）。 圖3-15 繼電器接口電路 3.4 開(kāi)關(guān)量輸出接口技術(shù) 實(shí)際選用繼電器時(shí)應(yīng)考慮下列因素： 繼電器額定工作電壓（或電流）； 觸點(diǎn)負(fù)荷； 觸點(diǎn)的數(shù)量或種類（動(dòng)斷或動(dòng)通）； 繼電

27、器的體積、封裝形式、工作環(huán)境、觸點(diǎn)吸合或釋放時(shí)間等。2固態(tài)繼電器的輸出接口 固態(tài)繼電器（Solid State Relay，SSR），它是用晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，再把光電隔離器作為前級(jí)構(gòu)成一個(gè)整體。 固態(tài)繼電器有體積小、重量輕、無(wú)機(jī)械噪聲、無(wú)抖動(dòng)和回跳、開(kāi)關(guān)速度快、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。 圖3-16 直流型SSR的電路原理圖 步進(jìn)電機(jī)的A、B、C三相，每相由一個(gè)直流型SSR控制，可分別由8255的端口PA0PA2來(lái)控制。 圖3-17 三相步進(jìn)電機(jī)控制電路原理圖 4. 大功率輸出接口 場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗高，關(guān)斷漏電流小， 響應(yīng)速度快，體積較小，價(jià)格便宜。所以在計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)量輸出控制中也常

28、作為開(kāi)關(guān)元件使用。圖3-18 大功率場(chǎng)效應(yīng)管的表示符號(hào) G為控制柵極，D為漏極，S為源極，G為高電平時(shí)，源極與漏極導(dǎo)通，允許電流通過(guò)；否則，場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷圖3-19 采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管的步進(jìn)電機(jī)控制電路原理圖 脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation）簡(jiǎn)稱PWM技術(shù)，是利用電力電子開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)的電壓脈沖列，并通過(guò)控制脈沖寬度或周期達(dá)到變壓的目的，也可以通過(guò)控制脈沖寬度和脈沖列的周期達(dá)到變壓變頻的目的。采用的電力電子器件：全控式晶體管，如電力晶體管（GTR）、可關(guān)斷晶體管（GTO）、絕緣雙極晶體管（IGBT）（3）脈寬調(diào)制器PWM變換器只對(duì)已有的脈寬可調(diào)脈

29、沖電壓信號(hào)Ub進(jìn)行功率放大，而給PWM變換器的電力晶體管CTR提供脈沖電壓信號(hào)的就是脈寬調(diào)制器。脈寬調(diào)制器是一種電壓脈寬變換裝置，原理如圖所示。電壓-脈寬變換器的基本電路見(jiàn)p:149-152。下面分析以鋸齒波作調(diào)制信號(hào)的另一種脈寬調(diào)制器電路。 三、脈寬調(diào)制功率變換技術(shù)在ur+uc過(guò)零交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。直流信號(hào)調(diào)制 ur+ucurucururucuc Uv ur+uc ur+uc Uv Uv3脈寬調(diào)速PWM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S4閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速正轉(zhuǎn)；當(dāng)開(kāi)關(guān)S2、S3閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速反轉(zhuǎn)；當(dāng)S2、S4（或者S1、S3）閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組被短路，電動(dòng)機(jī)處于剎車(chē)狀態(tài)；如果4個(gè)開(kāi)關(guān)全部

30、斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)將自由滑行。圖3-23 可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)原理圖 圖5-17 PWM斬波器的電路原理圖及波形式中 T ：開(kāi)關(guān)周期；ton ：導(dǎo)通時(shí)間；f：開(kāi)關(guān)頻率；占空比，電樞壓平均值均為正值，即電動(dòng)機(jī)只能實(shí)現(xiàn)單一方向的不可逆調(diào)速。2. 橋式可逆PWM變換器H形主電路結(jié)構(gòu)1324+UsVD1VD2VD3VD4ABM+MVT1VT2Ug1Ug2Ug4VT4VT3Ug3正向電動(dòng)狀態(tài)“1” VT1 、VT4 導(dǎo)通“2” VD2、VD3 續(xù)流反向電動(dòng)狀態(tài)“3” VT2、VT3 導(dǎo)通“4” VD1、VD4 續(xù)流七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用 1、首先根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)

31、慣量； 2、然后分別計(jì)算各種工況下所需的等效力矩； 3、再根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)、運(yùn)行矩頻特性選擇合適的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用 1、轉(zhuǎn)矩和慣量的匹配條件 TL/Tmax0.5及 JL/Jm4 Tmax步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩；TL換算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；Jm步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；JL折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 根據(jù)上述條件，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。然后，根據(jù)動(dòng)力學(xué)公式檢驗(yàn)其起動(dòng)能力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用fL帶慣性負(fù)載的最大起動(dòng)頻率；fm電動(dòng)機(jī)本身的最大空載起動(dòng)頻率；Jm步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；JL折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 不同

32、JL/Jm下的矩頻特性見(jiàn)圖4-5。 從起動(dòng)慣頻特性曲線上找出帶慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率，然后再查其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和計(jì)算起動(dòng)時(shí)間。當(dāng)在起動(dòng)慣矩特性曲線上查不到帶慣性負(fù)載的最大啟動(dòng)頻率，可按下式近似計(jì)算。七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用 2、步距角的選擇和精度 步距角的選擇是由脈沖當(dāng)量等因素決定的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角的精度會(huì)影響開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的精度。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角N（為步距角精度） 是實(shí)際角位移與理論角位移之差，稱為靜止角度誤差。一般?。?5）。NSNS直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造極掌極心勵(lì)磁繞組機(jī)座轉(zhuǎn)子直流電動(dòng)機(jī)的磁極和磁路 直流電機(jī)由定子（磁極）、轉(zhuǎn)子（電樞）和機(jī)座等部分構(gòu)成。第二節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)定子主磁極換向極機(jī)座1. 定子:

33、用來(lái)在電機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)和進(jìn)行機(jī)械固定極心極掌極心上放置勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組通人直流勵(lì)磁電流，主磁極即產(chǎn)生固定的極性；改變勵(lì)磁電流的方向，可以改變主磁極的極性。極掌的作用是使電機(jī)空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布最為合適,并用來(lái)阻擋勵(lì)磁繞組.換向器的作用是改善換向，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電刷下不產(chǎn)生有害的火花。換向器固定在機(jī)座上。機(jī)座又稱電機(jī)外殼，它既是電機(jī)磁路的一部分，又用來(lái)固定主磁極、換向極，端蓋等零件。轉(zhuǎn)子2. 轉(zhuǎn)子（即電樞）：用來(lái)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)子電樞鐵芯電樞繞組換向器（即電樞）轉(zhuǎn)子電樞鐵芯：由硅鋼片疊裝而成。其表面沖有槽，槽中放電樞繞組。電樞繞組是由絕緣銅線繞制而成的許多個(gè)線圈，嵌放在電樞鐵芯的槽內(nèi)，它的作

34、用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。換向器也稱整流子，起整流作用，其作用是使電樞繞組中電流方向交替變化，以保證其電磁轉(zhuǎn)矩方向始終不變。是由換向銅片和云母片絕緣組裝而成的圓柱體。3.電刷裝置的作用是使旋轉(zhuǎn)的電樞繞組與固定不動(dòng)的外電路相連接，將直流電流引入或引出。1. 他勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別由兩個(gè)直流電源供電。 直流電機(jī)的分類 直流電機(jī)按照勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)2. 并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由一個(gè)直流電源供電。UUfIaM+_+_If他勵(lì)I(lǐng)aUM+_If+_IE并勵(lì)勵(lì)磁: 磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵(lì)磁。4. 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁線圈與

35、轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。3. 串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。串勵(lì)UIa+_IfM復(fù)勵(lì)U+_IMIa直流電機(jī)的基本工作原理IUSbNadc 直流電動(dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng)由永久磁鐵或由定子磁極通以激磁電流產(chǎn)生，定子磁場(chǎng)的方向是不變的。電樞上通有電流的電樞繞組置于定子磁場(chǎng)當(dāng)UU電刷換向片IFFTn中。電樞繞組由許多線圈組成。為了簡(jiǎn)化直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)以說(shuō)明其工作原理，我們?nèi)∑潆姌兄械囊粋€(gè)單匝線圈來(lái)分析其在磁場(chǎng)中所受到的磁場(chǎng)力。如圖所示，線圈abcd為繞軸可轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈，線圈兩端頭分別與兩個(gè)換向片連接，每個(gè)換向片又與一個(gè)電刷保持滑動(dòng)接觸，而每個(gè)電刷通過(guò)引線與直流電源相接。BA直流

36、電機(jī)的基本工作原理IUSbNadc 當(dāng)直流電源接通后，電流從電源正極經(jīng)電刷A和換向片進(jìn)入位于N極區(qū)的電樞線圈邊ab，再?gòu)奈挥赟極區(qū)的線圈邊cd流出，最后經(jīng)另電刷換向片IffTn一個(gè)換向片和電刷B流到電源負(fù)極，如圖所示。線圈ab和cd作為載流導(dǎo)體要受到磁場(chǎng)力（安培力）的作用，力的方向可用左手定則判定?？捎门卸ǔ?，ab受到向左的力f，cd受到向右的力f，這兩個(gè)力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成逆時(shí)針?lè)较蛄兀€圈被驅(qū)動(dòng)沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。因此，電樞逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。BA直流電機(jī)的基本工作原理 當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)180以后，線圈邊ab和cd位置如圖所示，而換向器也與線圈同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證了兩磁極間的線圈邊中電流的方向總是不變，這也就

37、保證了線IUScNdab電刷換向片IffTnBA圈所受電磁力矩的方向不變，電樞將沿著逆時(shí)針?lè)较蚶^續(xù)旋轉(zhuǎn)下去，就是說(shuō)，不管ab邊還是cd邊，哪條邊轉(zhuǎn)到上半部位（靠近N極），哪條邊就將受到向左的力；哪條邊轉(zhuǎn)到下半部位（靠近S極），哪條邊就將受到向右的力，因而整個(gè)線圈所受力矩的方向始終不變。 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 換向片電刷直流電機(jī)的基本工作原理 通過(guò)上述分析可知，換向器的作用是保證當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)電樞上的導(dǎo)體從一個(gè)磁極轉(zhuǎn)到另一個(gè)磁極下的時(shí)候，導(dǎo)體內(nèi)的電流也能及時(shí)換向，從而保證電樞的電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不變。換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的直流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。IUScNdab電刷換

38、向片IffBAEE 線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由右手定則，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與電流的方向相反。KE: 與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n: 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ：磁通1. 電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E=EK nIUScNdab電刷換向片IffBA 由圖可知，電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與電樞電流或外加電壓方向總是相反，所以稱反電勢(shì)。 式中：U 外加電壓 Ra 繞組電阻2. 電樞回路電壓平衡式RaIaE+UMEEIUScNdab電刷換向片IffBAKT: 與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) : 線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流3. 電磁轉(zhuǎn)矩單位: (韋伯)，Ia (安) ，T (牛頓米) 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組中的電流（電樞電流I

39、a）與磁通相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩）公式為4. 轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 它使電樞轉(zhuǎn)動(dòng)。在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩必須和機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩及空載損耗轉(zhuǎn)矩相平衡，即T=KT Ia 當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)勢(shì)、電樞電流的變化，電磁轉(zhuǎn)矩將自動(dòng)調(diào)整，以適應(yīng)負(fù)載的變化，保持新的平衡。轉(zhuǎn)矩平衡過(guò)程T2: 機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T0: 空載轉(zhuǎn)矩 例：設(shè)外加電樞電壓 U 一定，T=T2 (平衡)，此時(shí)，若T2突然增加，則調(diào)整過(guò)程為達(dá)到新的平衡點(diǎn)(Ia 、 P入即電源輸入功率增加) 。T2 nIa T E電動(dòng)機(jī)作等速轉(zhuǎn)動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性特

40、點(diǎn): 勵(lì)磁繞組（定子）與電樞（轉(zhuǎn)子）并聯(lián)由圖可求得由上分析可知： 當(dāng)電源電壓U和勵(lì)磁回路的電阻Rf（包括勵(lì)磁繞組的電阻和勵(lì)磁調(diào)節(jié)電阻Rf）一定時(shí), 勵(lì)磁電流If和磁通不變，即 = 常數(shù)。則IaUM+_If+_IERa為電樞電阻他勵(lì)電動(dòng)機(jī)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)只是聯(lián)接上的不同，兩者的特性是一樣的。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性令：T=KT Ia = KT Ia 即：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的磁通= 常數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。 由以下公式求得IaUM+_If+_IE式中：n= f (T) 特性曲線n0nNTN 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在負(fù)載變化時(shí)， 轉(zhuǎn)速 n 的變化不大硬機(jī)械特性（自然特性）。改變電樞電壓和電樞回路串電阻可得人工特性曲線n0T nT為電樞的電磁轉(zhuǎn)矩n為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速U 外加電壓改變電壓調(diào)速由轉(zhuǎn)速公式知：調(diào)電壓U，n0變化，但斜率不變，所以調(diào)速特性是一組平行曲線。n0n0電壓降低Tc特性曲線n0nT0改變電壓調(diào)速的特點(diǎn):(1)工作時(shí)電壓不允許超過(guò)UN （為了保證電動(dòng)機(jī)的絕緣不受損害），而n U, 所以調(diào)速只能向下調(diào)。(2)機(jī)械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn) 定性好。并勵(lì)(他勵(lì))電動(dòng)機(jī)的調(diào)速UNN電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ； 勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通；KE與電