直流伺服电机.doc

中原工学院教案专用纸第 1 页
学的目标与要求
1 熟悉直流电动机的工作原理
2 熟悉电磁转矩和转矩平衡方程式
3 熟悉直流电动机的反电势和电压平衡方程式
4 掌握直流电动机的使用
5 熟悉直流伺服电动机及其控制方法
6 熟悉直流伺服电动机的稳态特性
7 熟悉直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态
8 熟悉直流伺服电动机的过渡过程
教学学时与手段
3学时多媒体+板书+综合实验
教学内容
1 直流电动机的工作原理(5分钟)
直流电动机的基本结构和直流测速发电机相同,所不同的是电动机的
输入为电压信号, 输出为转速信号。下面分析直流电动机的工作原理。
F=Bli 1-1
2 电磁转矩和转矩平衡方程式(15分钟)
电磁转矩
式(1 - 1)写出了磁极下一根载流导体所受到的电磁力。此力作用
在电枢外圆的切线方向, 产生的转矩为
式中, l为导体在磁场中的长度, 取电枢铁心长度; Bx为导体所
在处的气隙磁通密度; ia为导体的电流; D为电枢直径。
假设空气隙中平均磁通密度为Bp, 电枢绕组总的导体数为N, 则
电机转子所受到的总转矩为
式中, Bp用每极总磁通Φ表示, Bp=Φ/(τl), 其中τ为极距,
τ=πD/(2p), l为电枢铁心长; 导体电流ia用电枢总电流Ia表示,
ia=Ia/(2a), 其中a为并联支路对数。
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3 直流电动机的反电势和电压平衡方程式(25分钟)
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, 其输出转矩必定与负载转矩相等,
但电动机的输出转矩是否就是电磁转矩呢? 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表示。这样, 电动机
的输出转矩T2便等于电磁转矩T减去电机本身的阻转矩T0。所以,
当电机克服负载阻转矩TL匀速旋转时, 则有
T2=T-T0=TL
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矩平衡关系。当电机的转
速改变时, 由于电机及负载具有转动惯量, 将产生惯性转矩Tj,
其中, J是负载和电动机转动部分的转动惯量; Ω是电动机的角速
度; 是电动机的角加速度。这时, 电动机轴上的转矩平衡方程
式为
或
发电机的电磁转矩
下图是直流电机作为发电机运行的示意图。假定在外转矩T1的作
用下, 电机按顺时针方向旋转, 此时电枢导体感应电势e的方向如图
所示(或⊙)。当电刷两端接上负载后, 导体中便有电流ia流过,
ia的方向和电势e的方向相同
用⊙表示; 在S极下, 导体的电流方向由读者指向纸面, 则用表
示。根据左手定则, 便可以确定电磁力F的方向, 因而就可以确定电
动机的旋转方向。
由于载流导体在磁场中要受到电磁力, 因此电机电枢便受到一个
电磁转矩T, 由图3 - 2可知, 电磁转矩T和外转矩T1方向相
反, 也与转速n方向相反, 所以电磁转矩T为制动转矩。外转矩T1
克服电磁转矩T做功, 把机械能变成电能
很显然, 输入转矩T1并不能全部