運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試（第2版）課件 項(xiàng)目2 直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)試

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試2.1.1控制方案分析本項(xiàng)目任務(wù)分析1

直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)試以“輪軸模擬裝置的設(shè)計(jì)”項(xiàng)目為切入點(diǎn)，完成直流電機(jī)的應(yīng)用及基本原理、基本結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，掌握直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及調(diào)試技能，在安裝、調(diào)試技能訓(xùn)練的同時(shí)，完成機(jī)電設(shè)備安裝規(guī)范、生產(chǎn)安全規(guī)范的職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)。輪軸模擬裝置介紹21.制動(dòng)時(shí)能有效地防止輪對(duì)因滑行而造成的踏面擦傷；2.制動(dòng)時(shí)能根據(jù)輪軌間粘著的變化調(diào)節(jié)制動(dòng)力，以充分利用輪軌間的粘著，得到較短的制動(dòng)距離。2.1.1控制方案分析1.在模擬裝置的輪軸安裝速度傳感器，傳感器信號(hào)給列車防滑器，用以測(cè)試列車防滑器的正常與否。其狀態(tài)與列車上完全一致。2.實(shí)現(xiàn)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的再現(xiàn)。包括加速、勻速運(yùn)行、減速、緊急制動(dòng)等過程。2.1.1控制方案分析1.總體方案設(shè)計(jì)輪軸模擬模塊由測(cè)速齒輪、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路等構(gòu)成。測(cè)速齒輪共有90個(gè)齒，尺寸、材料與列車軸上的測(cè)速齒輪一致，并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2.1.1控制方案分析不同類型的傳感器均可安裝在此裝置，對(duì)主機(jī)或傳感器本身進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試?？刂破骷翱刂齐娐酚糜趯?duì)電動(dòng)機(jī)啟、停及轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制；驅(qū)動(dòng)電路向電動(dòng)機(jī)提供能量；光電編碼盤檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速并產(chǎn)生反饋信號(hào)；電動(dòng)機(jī)上裝有測(cè)速齒輪，模擬列車軸的運(yùn)行狀態(tài)。2.1.1控制方案分析2.電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)的種類很多。電動(dòng)機(jī)根據(jù)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)根據(jù)按結(jié)構(gòu)及工作原理的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)根據(jù)用途，又可分為直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)等驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)等控制用電動(dòng)機(jī)。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、工作可靠，能直接用數(shù)字的電脈沖輸入進(jìn)行控制。但是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有較強(qiáng)的非線性，高性能的閉環(huán)控制比較困難，因而，被廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制的系統(tǒng)中。

交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、維護(hù)工作量小，但啟動(dòng)、制動(dòng)性能不如直流電動(dòng)機(jī)，變頻調(diào)速的價(jià)格也較高.直流電動(dòng)機(jī)相對(duì)功率大、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬，具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和良好的控制性能。謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.1.2直流電機(jī)的應(yīng)用及特點(diǎn)直流電機(jī)的應(yīng)用1

直流電機(jī)是實(shí)現(xiàn)直流電能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的電力機(jī)械，按照用途可以分為直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)兩類。將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能的電機(jī)稱為直流發(fā)電機(jī)；將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電機(jī)稱為直流電動(dòng)機(jī)。直流電機(jī)是工礦、交通、建筑等行業(yè)中的常見動(dòng)力機(jī)械，是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的重要執(zhí)行器之一。2.1.2直流電機(jī)的應(yīng)用及特點(diǎn)

直流電動(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)和調(diào)速性能，常應(yīng)用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速有較高要求的場合

如大型可逆式軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、賓館高速電梯、龍門刨床、電力機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車、城市電車、地鐵列車、電動(dòng)自行車、造紙和印刷機(jī)械、船舶機(jī)械、大型精密機(jī)床和大型起重機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械中2.1.2直流電機(jī)的應(yīng)用及特點(diǎn)

直流發(fā)電機(jī)主要用作各種直流電源，如直流電動(dòng)機(jī)電源、化學(xué)工業(yè)中所需的低電壓大電流的直流電源，直流電焊機(jī)電源等，如圖2-7所示2.1.2直流電機(jī)的應(yīng)用及特點(diǎn)直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)2直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)相比，具有優(yōu)良的調(diào)速性能和啟動(dòng)性能。（1）直流電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的無級(jí)調(diào)速特性，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；（2）過載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載；能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中各種特殊運(yùn)行的要求。（3）而直流發(fā)電機(jī)則能提供無脈動(dòng)的大功率直流電源，且輸出電壓可以精確地調(diào)節(jié)和控制。2.1.2直流電機(jī)的應(yīng)用及特點(diǎn)直流電機(jī)的缺點(diǎn)3（1）制造工藝復(fù)雜，消耗有色金屬較多，生產(chǎn)成本高；（2）運(yùn)行時(shí)由于電刷與換向器之間容易產(chǎn)生火花，因而可靠性較差，維護(hù)比較困難。

所以，在一些對(duì)調(diào)速性能要求不高的領(lǐng)域中，直流調(diào)試系統(tǒng)己被交流變頻調(diào)速系統(tǒng)所取代。但是在某些要求調(diào)速范圍大、快速性高、精密度好、控制性能優(yōu)異的場合，直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用目前仍占有較大的比重。謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型直流電機(jī)銘牌認(rèn)知1直流電機(jī)的銘牌釘在電動(dòng)機(jī)機(jī)座的外邊面上，其上標(biāo)明電機(jī)主要額定數(shù)據(jù)及電機(jī)產(chǎn)品參數(shù)，作為使用者選用電機(jī)的主要依據(jù)。如圖2-8所示。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型銘牌數(shù)據(jù)主要包括：

電機(jī)型號(hào)、電機(jī)額定功率、電機(jī)額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和額定勵(lì)磁電流及勵(lì)磁方式等，此外還有電機(jī)的出廠數(shù)據(jù)如出廠編號(hào)、出廠日期等。此外，電機(jī)的銘牌上還標(biāo)有其他數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。（1）型號(hào)型號(hào)包含電機(jī)的系列、機(jī)座號(hào)、鐵心長度、設(shè)計(jì)次數(shù)、極數(shù)等。1）型號(hào)舉例如中小型直流機(jī)的型號(hào)：Z4-112/2-1，其中Z：直流電動(dòng)機(jī)；4：第四次系列設(shè)計(jì)；112：機(jī)座中心高，單位為mm；2：極數(shù)；1：電樞鐵心長度代號(hào)。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型2）我國目前生產(chǎn)的直流電機(jī)系列①Z2系列。該系列為一般用途的小型直流電機(jī)系列。“Z”表示直流，“2”表示第二次改進(jìn)設(shè)計(jì)。系列容量為0.4kW～200kW，電動(dòng)機(jī)電壓為1l0V、220V，發(fā)電機(jī)電壓為1l5V、230V，屬防護(hù)式。②ZF和ZD系列。這兩個(gè)系列為一般用途的中型直流電機(jī)系列?！癋”表示發(fā)電機(jī)，“D”表示電動(dòng)機(jī)。系列容量為55kW～1450kW。

③

ZZJ系列。該系列為起重、冶金用直流電機(jī)系列。電壓有220V、440V兩種。工作方式有連續(xù)、短時(shí)和斷續(xù)三種。ZZJ系列電機(jī)啟動(dòng)快速，過載能力大。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型此外，還有ZQ直流牽引電動(dòng)機(jī)系列及用于易爆場合的ZA防爆安全型直流電機(jī)系列等。常見電機(jī)產(chǎn)品系列見表2-1。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型（2）額定功率（容量）對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)是指在長期使用時(shí)，軸上允許輸出的機(jī)械功率。一般用KW表示單位。（3）額定電壓是指在額定條件下運(yùn)行時(shí)從電刷兩端施加給電動(dòng)機(jī)的輸入電壓。單位用V表示。（4）額定電流是指在額定電壓下輸出額定功率時(shí)，長期運(yùn)轉(zhuǎn)允許輸入的工作電流。單位用A表示。（5）額定轉(zhuǎn)速當(dāng)電機(jī)在額定工況下（額定功率、額定電壓、額定電流）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速。單位用r/min（轉(zhuǎn)/分）表示。直流電機(jī)銘牌往往有低、高兩種轉(zhuǎn)速，低轉(zhuǎn)速是基本轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)速是指最高轉(zhuǎn)速。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型（6）勵(lì)磁方式是指勵(lì)磁繞組的供電方式。通常有自勵(lì)、他勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種。（7）勵(lì)磁電壓是指勵(lì)磁繞組供電的電壓值。一般有110V、220V等。單位是V。（8）勵(lì)磁電流在額定勵(lì)磁電壓下，勵(lì)磁繞組中所流通的電流大小。單位是A。（9）定額工作制也就是電動(dòng)機(jī)的工作方式，是指電動(dòng)機(jī)在正常使用的持續(xù)時(shí)間。一般分為連續(xù)制（S1）、斷續(xù)制(S2-S10)。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型（10）絕緣等級(jí)電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)是指其所用絕緣材料的耐熱等級(jí)分A、E、B、F、H、C級(jí)。分別對(duì)應(yīng)的最高允許溫度（℃）為：105、120、130、155、180、220允許溫升是指電動(dòng)機(jī)的溫度與周圍環(huán)境溫度相比升高的限度。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型直流電機(jī)的選型2

電機(jī)的選型包括：電動(dòng)機(jī)種類、結(jié)構(gòu)型式、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速和額定功率的選擇等，其中以額定功率的選擇為主要內(nèi)容。

還要根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載和發(fā)熱情況、電動(dòng)機(jī)的工作方式（即連續(xù)工作方式、短時(shí)工作方式、周期工作方式、非周期變化工作方式和離散恒定負(fù)載工作方式等）選型。（1）電動(dòng)機(jī)種類的選擇選擇依據(jù)：由機(jī)械特性、調(diào)速情況與起動(dòng)性能、維護(hù)以及價(jià)格、工作方式（連續(xù)、短時(shí)、斷續(xù)周期工作制）決定。當(dāng)起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速等性能采用交流電動(dòng)機(jī)無法滿足時(shí)，應(yīng)采用直流電動(dòng)機(jī)或晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)（KZ—D）系統(tǒng)。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型（2）電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)的選擇①開啟式。機(jī)殼未全封閉，機(jī)身、前后端蓋都留有散熱孔，無散熱風(fēng)扇，自冷。從外部能看到內(nèi)部的線包。用于干燥和清潔的環(huán)境中。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型（2）電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)的選擇②防護(hù)式。能防止水滴鐵屑等物從上面或與垂直方向夾45度角以內(nèi)掉進(jìn)電機(jī)內(nèi)部。然而潮氣灰塵還是能侵人。用于干燥和灰塵不多，沒有腐蝕性，爆炸性氣體存在的環(huán)境中。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型（2）電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)的選擇③封閉式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子定子等零部件全部裝在一個(gè)封閉的機(jī)殼中，能防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵人電機(jī)內(nèi)部。適用于潮濕、多灰塵、易受風(fēng)雨侵蝕等惡劣環(huán)境中。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型（2）電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)的選擇④密封式。電動(dòng)機(jī)密封程度高，可以浸在液體中使用，并且需要液體的冷卻散熱，如潛水電動(dòng)機(jī)。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型（2）電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)的選擇⑤防爆式。運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生電火花，適用于有易燃易爆危險(xiǎn)的環(huán)境中。（3）電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓也要與電源電壓相配合。常用的電壓等級(jí)有：110V、220V、440V；大功率電動(dòng)機(jī)采用600～800V，甚至1000V供電。2.1.3直流電機(jī)的銘牌分析與選型（4）電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇①當(dāng)電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作，很少起動(dòng)、制動(dòng)或反轉(zhuǎn)時(shí)，可以從設(shè)備的初期投資，占地面積和維護(hù)費(fèi)用等方面，就不同的傳動(dòng)比進(jìn)行比較來確定合適的額定轉(zhuǎn)速。②當(dāng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)及正反轉(zhuǎn)，但過渡過程的持續(xù)時(shí)間對(duì)生產(chǎn)率影響不大時(shí)，除考慮初期投資之外，還要根據(jù)過渡過程能量損耗為最小的條件來確定合適的額定轉(zhuǎn)速。③當(dāng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)及正反轉(zhuǎn)，過渡過程的持續(xù)時(shí)間對(duì)生產(chǎn)率影響較大時(shí)，主要根據(jù)過渡過程持續(xù)時(shí)間為最短的條件來選擇額定轉(zhuǎn)速。（5）電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇確定負(fù)載轉(zhuǎn)矩T1，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際負(fù)載功率P1確定額定功率P。一般情況下，電機(jī)實(shí)際負(fù)載T1=（0.7~1）T（額定負(fù)載、額定轉(zhuǎn)矩），以此選擇額定轉(zhuǎn)矩大小。額定功率P>P1，安全系數(shù)S=P/P1

安全系數(shù)取1.5~2均可。謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.1.4常用的物理概念與定律磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）1

磁感應(yīng)強(qiáng)度也稱磁通密度，是單位面積里的磁通量。

磁場是由電流產(chǎn)生的（如圖2-9所示），表征磁場強(qiáng)弱及方向的物理量即是磁感應(yīng)強(qiáng)度。單位為：特斯拉（T）或Wb/m2。

磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小表征磁感線的疏密，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向表征磁場的方向。2.1.4常用的物理概念與定律磁通量（

）2

在均勻磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度與垂直于磁場方向的面積的乘積，為通過該面積的通量，稱為磁通量，簡稱磁通。

單位為：Wb。所以，磁通即為磁場中穿過某一面積（S）的磁感線條數(shù)。如圖2-10所示。其公式為：Φ=BScosα。式中α是面元的法線方向n與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的夾角。磁通量是標(biāo)量，θ<90°為正值，θ>90°為負(fù)值。2.1.4常用的物理概念與定律磁場強(qiáng)度（H）3

磁場傳播需經(jīng)過介質(zhì)（包括真空），介質(zhì)因磁化也會(huì)產(chǎn)生磁場，這部分磁場與源磁場疊加后產(chǎn)生另一磁場。或者說，一個(gè)磁場源在產(chǎn)生的磁場經(jīng)過介質(zhì)后，其磁場強(qiáng)弱和方向變化了。

而磁場強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無關(guān)，單位是安/米（A/m）。是為了簡化計(jì)算而引入的輔助物理量。

所以，在充滿均勻磁介質(zhì)的情況下，若包括介質(zhì)因磁化而產(chǎn)生的磁場在內(nèi)時(shí)，用磁感應(yīng)強(qiáng)度B表示，其單位為特斯拉T，是一個(gè)基本物理量。2.1.4常用的物理概念與定律單獨(dú)由電流或者運(yùn)動(dòng)電荷所引起的磁場（不包括介質(zhì)磁化而產(chǎn)生的磁場時(shí)）則用磁場強(qiáng)度H表示，其單位為A/m，是一個(gè)輔助物理量。在各向同性的磁介質(zhì)中，B與H的比值叫做介質(zhì)的絕對(duì)磁導(dǎo)率μ所以有公式：B=μH。2.1.4常用的物理概念與定律安培環(huán)路定律（全電流定律）4

磁場強(qiáng)度H沿任意閉合回路L的線積分，等于該閉合回路所包圍的全部電流的代數(shù)和，如圖2-11所示。即：計(jì)算電流代數(shù)和時(shí)，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。若閉合回路上各點(diǎn)的磁場強(qiáng)度相等且其方向與閉合回路的切線方向一致，則：2.1.4常用的物理概念與定律磁路歐姆定律5

磁通所通過的路徑稱為磁路。磁路由線圈、鐵芯物質(zhì)做成的芯子等組成。如圖2-12、2-13所示。

如電動(dòng)勢(shì)作用在一定電阻的電路上產(chǎn)生的電流遵循歐姆定律一樣，一定的磁動(dòng)勢(shì)作用在一定磁阻的磁路上可以產(chǎn)生磁通。磁通的大小同樣遵循磁路的歐姆定律。有分支磁路無分支磁路2.1.4常用的物理概念與定律磁動(dòng)勢(shì)公式和電動(dòng)勢(shì)公式比較：Φ=Fm/Rm；I=U/R式中，F(xiàn)m——磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)的大小等于閉合路徑中所有電流的代數(shù)和。磁動(dòng)勢(shì)還可以表示為通過線圈的電流I和線圈匝數(shù)N的乘積：Fm=NI；在國際單位制中，磁動(dòng)勢(shì)的單位是安培（A），工程上經(jīng)常使用安匝數(shù)作為磁動(dòng)勢(shì)的單位。2.1.4常用的物理概念與定律由安培環(huán)路定律，磁場強(qiáng)度H沿任意閉合回路L的線積分，等于該閉合回路所包圍的全部電流的代數(shù)和。所以磁動(dòng)勢(shì)又可以表示為：F=H·L；（H為磁場強(qiáng)度，與磁密度B和磁路材料等有關(guān)），L表示磁路長度。Rm——磁阻，為磁通通過磁路時(shí)受到的阻礙作用，相當(dāng)于電路中的電阻。與絕對(duì)磁導(dǎo)率μ和磁路截面積S成反比，Rm=l/(μS)；在國際單位制中，磁阻的單位是安培/韋伯（A/Wb）。工程上經(jīng)常使用安匝數(shù)/韋伯作為磁阻的單位。謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.1.5直流電機(jī)工作原理運(yùn)動(dòng)原理1直流電機(jī)實(shí)際上是利用通電導(dǎo)線在磁場中受力的原理，把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。線圈在磁場的示意圖如圖2-15所示。換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。由圖2-16左手定則，四指為通電電流方向，磁場穿過掌心，拇指為受力方向。所以，通電線圈在磁場的作用下，使線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。2.1.5直流電機(jī)工作原理在圖2-15中，當(dāng)線圈如圖豎直狀態(tài)時(shí)，線圈處于最大轉(zhuǎn)矩。但當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)到水平位置時(shí)，轉(zhuǎn)矩為零，要繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，只能靠線圈的慣性。為了克服此缺點(diǎn)，可以在90度方向再加一個(gè)轉(zhuǎn)子線圈，如圖2-18所示。為了更好的改善直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)性能，實(shí)際上轉(zhuǎn)子是由多個(gè)線圈組成的，如圖2-19所示。但實(shí)際的轉(zhuǎn)子繞組為圖2-20所示的電樞鐵心。2.1.5直流電機(jī)工作原理

電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時(shí)用以嵌放電樞繞組。一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成，以降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。

疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。2.1.5直流電機(jī)工作原理電樞平衡關(guān)系2

由于線圈在磁場中運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖2-17所示，由右手定則，拇指為運(yùn)動(dòng)方向，磁場穿過掌心，四指方向?yàn)楫a(chǎn)生感應(yīng)電流方向。

所以，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生流（圖），感應(yīng)電流的方向與電流I的方向相反。

產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小計(jì)算公式為：為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位（伏）磁通，單位（韋伯）為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位（轉(zhuǎn)/分）與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)2.1.5直流電機(jī)工作原理幾點(diǎn)結(jié)論3（1）外施電壓、電流是直流電，電樞線圈內(nèi)電流是交流電；

（2）線圈中感應(yīng)電流Ie與通電電流I方向相反；（3）線圈是旋轉(zhuǎn)的，電樞電流是交變的，但電樞電流產(chǎn)生的磁場在空間上是恒定不變的；（4）產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)。謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類有刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)1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。如圖2-21所示。直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類（1）定子部分：定子包括機(jī)座、主磁極、換向極和電刷裝置等。2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類（1）定子部分：定子包括機(jī)座、主磁極、換向極和電刷裝置等。1）主磁極：在大多數(shù)直流電機(jī)中，主磁極是電磁鐵，為了盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用1～1.2mm厚的低碳鋼板疊壓而成。整個(gè)磁極用螺釘固定在機(jī)座上。

主磁極的作用為：在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場，使電樞繞組在此磁場的作用下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類2）換向極：換向極又稱附加極或間極,其作用是用以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心和繞組構(gòu)成。3）機(jī)座：一是作為電機(jī)磁路系統(tǒng)中的一部分；二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機(jī)械支承的作用。因此要求機(jī)座有好的導(dǎo)磁性能及足夠的機(jī)械強(qiáng)度與剛度。機(jī)座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。4）電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到改變電壓方向的作用。2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類（2）轉(zhuǎn)子部分：轉(zhuǎn)子又稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、軸和軸承等。2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類1）電樞鐵心：為電機(jī)主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組的，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗。2）電樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機(jī)的主要電路部分，也是通過電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。3）換向器的作用是改變轉(zhuǎn)子線圈電壓的正負(fù)極方向，使轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)2

無刷直流電機(jī)（BLDC）以電子換向器取代了機(jī)械換向器，所以無刷直流電機(jī)既具有直流電機(jī)良好的調(diào)速性能等特點(diǎn)，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、無換向火花、運(yùn)行可靠和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。圖2-22所示為其中一種小功率三相、星形連接、單副磁對(duì)極的無刷直流電機(jī)。

無刷直流電機(jī)主要由用永磁材料制造的轉(zhuǎn)子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器組成。

它和直流電機(jī)有著很多共同點(diǎn)。定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)差不多（原來的定子變?yōu)檗D(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子變?yōu)槎ㄗ樱?，繞組的連線也基本相同。

但是，結(jié)構(gòu)上它們有一個(gè)明顯的區(qū)別：無刷直流電機(jī)沒有直流電機(jī)中的換向器和電刷，取而代之的是位置傳感器。2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)2無刷直流電機(jī)的定子是線圈繞組電樞，轉(zhuǎn)子是永磁體。

如果只給電機(jī)通以固定的直流電流，則電機(jī)只能產(chǎn)生不變的磁場，電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)起來只有實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機(jī)的不同相通以對(duì)應(yīng)的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場，電機(jī)才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動(dòng)起來.電機(jī)定子的線圈中心抽頭接電機(jī)電源POWER，各相的端點(diǎn)接功率管，位置傳感器導(dǎo)通時(shí)使功率管的G極接12V，功率管導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)的相線圈被通電。2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)2

由于三個(gè)位置傳感器隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)依次導(dǎo)通，使得對(duì)應(yīng)的相線圈也依次通電，從而定子產(chǎn)生的磁場方向也不斷地變化，電機(jī)轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)起來，這就是無刷直流電機(jī)的基本轉(zhuǎn)動(dòng)原理，如圖2-23所示。2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類直流電機(jī)的分類3

直流電機(jī)有多種類型。

按照定子結(jié)構(gòu)不同來分，可分為永磁式直流電機(jī)（定子由永久磁鐵做成）和勵(lì)磁式直流電機(jī)（磁極上繞線圈，然后在線圈中通過直流電，形成電磁鐵）。

勵(lì)磁式直流電機(jī)又可分為以下4種，如圖2-24所示：2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類（1）他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。這稱為他勵(lì)直流電機(jī)，其中永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)直流電機(jī)。（2）并勵(lì)直流電機(jī)并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)來說，是電機(jī)本身發(fā)出來的端電壓為勵(lì)磁繞組供電，勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同。2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類（3）串勵(lì)直流電機(jī)串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源。2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類（4）復(fù)勵(lì)直流電機(jī)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組。不同勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)有著不同的特性。一般情況下，直流電動(dòng)機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式，直流發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是他勵(lì)式、并勵(lì)式和和復(fù)勵(lì)式。2.1.6直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)都屬于自勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。自勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于可以在斷電、停電等情況下，使用自身電源快速啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，保證了電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)由于采用單獨(dú)的勵(lì)磁電源，設(shè)備較復(fù)雜。但這種電動(dòng)機(jī)調(diào)運(yùn)范圍寬，多用于主機(jī)拖動(dòng)運(yùn)行。謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.2.1直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)此處直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要功能是使電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)模擬列車輪軸運(yùn)行，此處選用PLC與直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組合實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制。電路圖包括電源電路、主電路、PLC輸入電路和PLC輸出電路。控制系統(tǒng)還包括與PLC相連的觸摸屏和控制面板。電源電路2.2.1直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器、編碼器

目前，一般不需要自己設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，有比較成熟的基于PWM的直流電機(jī)控制模塊選用，原理與上述相同，可以通過引腳方便的控制轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等。2.2.1直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)1.主電路的設(shè)計(jì)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路在PLC控制下模擬列車輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)啟動(dòng)、制動(dòng)，加速與減速的功能。電路圖如圖系統(tǒng)控制圖共4頁，電源電路為第1頁，此圖為第2頁QW20端子輸出的0~10V控制。EN端為使能端，當(dāng)M2-K1繼電器得電時(shí)，觸點(diǎn)導(dǎo)通，電機(jī)使能2.2.1直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)2.PLC輸入電路的設(shè)計(jì)PLC輸入電路主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸入功能電路如圖2.2.1直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)3.PLC輸出電路的設(shè)計(jì)PLC輸出電路主要實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)外圍器件的控制電路如圖謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.2.2直流電機(jī)的起動(dòng)任務(wù)2驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)任務(wù)分析

根據(jù)任務(wù)1中的輪軸模擬裝置的總體方案，根據(jù)選擇的直流電機(jī)，分析直流電機(jī)控制的基本問題及常用控制方法，完成直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。進(jìn)而進(jìn)一步掌握PWM原理及應(yīng)用、直流電機(jī)的常用調(diào)速方法。

直流電機(jī)控制系統(tǒng)要具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速和控制性能，因此在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)必須考慮電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)，電機(jī)的調(diào)速方法、電磁轉(zhuǎn)矩要求等內(nèi)容，下面對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容做以介紹。2.2.2直流電機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)分析1當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，n=0，Ea=0，此時(shí)電動(dòng)機(jī)中流過的電流叫啟動(dòng)電流Ist，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩叫啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩公式為：

轉(zhuǎn)矩常數(shù)磁通為了使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從零逐步加速到穩(wěn)定的運(yùn)行速度，在啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)必須產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩。如果不采取任何措施，直接把電動(dòng)機(jī)加上額定電壓進(jìn)行啟動(dòng)，這種啟動(dòng)方法叫直接啟動(dòng)。直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電為：額定電壓總電阻Ra由轉(zhuǎn)子電樞電阻ra和電源到電樞間的導(dǎo)線電阻組成2.2.2直流電機(jī)的起動(dòng)電樞回路總電阻Ra由轉(zhuǎn)子電樞電阻ra和電源到電樞間的導(dǎo)線電阻組成。導(dǎo)線電阻可以忽略不計(jì)，又因?yàn)殡姌须娮韬苄?。所以直接起?dòng)時(shí)，起動(dòng)電流將升到很大的數(shù)值，可以達(dá)到額定電流的10～20倍。同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也很大，過大的電流及轉(zhuǎn)矩，對(duì)電動(dòng)機(jī)及電網(wǎng)可能會(huì)造成一定的危害，所以一般啟動(dòng)時(shí)要對(duì)Ist加以限制。

總之，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)：

一要有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst≥（1.1-1.2)TL；

二要啟動(dòng)電流Ist不能太大，與額定電流相比，Ist≤（1.5-2)IN。

另外，啟動(dòng)設(shè)備要盡量簡單、可靠。

一般小容量直流電動(dòng)機(jī)因其額定電流小可以采用直接啟動(dòng)，而較大容量的直流電動(dòng)機(jī)不允許直接啟動(dòng)。負(fù)載產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩2.2.2直流電機(jī)的起動(dòng)電樞回路串電阻起動(dòng)2

如圖2-25所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)已有磁場時(shí)，給電樞電路加電源電壓UN。

觸點(diǎn)KM1、KM2均斷開，電樞串入全部附加電阻RK1+RK2，電樞回路總電阻為Ra1=ra+RK1+RK2，這時(shí)起動(dòng)電流為：2.2.2直流電機(jī)的起動(dòng)與起動(dòng)電流所對(duì)應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為Tst

。對(duì)應(yīng)于由電阻所確定的人為機(jī)械特性如圖中的曲線1所示。根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)基本方程（1-1），忽略轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與軸承的摩擦因素忽略轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的彈性變形因素根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子角速度ωm（rad/s）和轉(zhuǎn)速n(rpm)的換算公式ωm=2πn/60，可得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的基本運(yùn)動(dòng)方程式：Te為電磁轉(zhuǎn)矩，TL為負(fù)載產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩，J為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2.2.2直流電機(jī)的起動(dòng)在圖上，由a點(diǎn)沿曲線1上升反電動(dòng)勢(shì)亦隨之上升，電樞電流下降電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩亦隨之下降，加速轉(zhuǎn)矩減小。在起始階段，由于電磁轉(zhuǎn)矩Te（也就是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst）大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子受到加速轉(zhuǎn)矩的作用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n由零逐漸上升，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)。2.2.2直流電機(jī)的起動(dòng)上升到b點(diǎn)時(shí)，為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，控制觸點(diǎn)KM1閉合，切除一段起動(dòng)電阻RK1。b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電樞電流I2稱為切換電流，其對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T2稱為切換轉(zhuǎn)矩。切除RK1后，電樞回路總電阻為Ra2=ra+RK2。這時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)于由電阻Ra2所確定的人為機(jī)械特性，見圖2-26中曲線2。

在切除起動(dòng)電阻RK1的瞬間，由于慣性，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，仍為nb，其反電動(dòng)勢(shì)亦不變。因此，電樞電流突增，其相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也突增。2.2.2直流電機(jī)的起動(dòng)

適當(dāng)?shù)剡x擇所切除的電阻值RK1，使切除RK1后的電樞電流剛好等于I1，所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T1，即在曲線2上的c點(diǎn)。

又有T1>T2，電動(dòng)機(jī)在加速轉(zhuǎn)矩作用下，由c點(diǎn)沿曲線2上升到d點(diǎn)。控制點(diǎn)KM2閉合，又切除一切起動(dòng)電阻RK2。

同理，由d點(diǎn)過度到e點(diǎn)，而且e點(diǎn)正好在固有機(jī)械特性上。

電樞電流又由I2突增到I1，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩由T2突增到T1。T1>TL，沿固有特性加速到g點(diǎn)T=TL，n=ng，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動(dòng)過程結(jié)束。在分級(jí)起動(dòng)過程中，各級(jí)的最大電流I1（或相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩T1）及切換電流I2（或與之相應(yīng)的切換轉(zhuǎn)矩T2）都是不變的，這樣，使得起動(dòng)過程有較均勻的加速。2.2.2直流電機(jī)的起動(dòng)降壓起動(dòng)3

降壓起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電樞由可調(diào)直流電源供電，用以控制電機(jī)電樞的供電電壓。

起動(dòng)時(shí)，需先將勵(lì)磁繞組接通電源，并將勵(lì)磁電流調(diào)到額定值，然后由低到高調(diào)節(jié)電樞回路的電壓；

在起動(dòng)瞬間：電流Ist通常限制在（1.5-2）IN內(nèi)，因此起動(dòng)的最低電壓為U1=(1.5-2)INRa，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速n升高，Ea也逐漸增大，電樞電流Ia=(U-Ea)/Ra相應(yīng)減小，此時(shí)電壓U必須不斷升高，并且Ia實(shí)時(shí)保持在（1.5-2）IN內(nèi)，直至電壓升高到額定電壓UN，電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，起動(dòng)過程結(jié)束。

降壓起動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：平滑性好，能量損耗小，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；

降壓起動(dòng)缺點(diǎn)：需要配有專用的調(diào)壓電源，增加了初期的投資。謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)直流電機(jī)制動(dòng)的情況1

制動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)從某一穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速開始減速到停止或限制位能負(fù)載的下降速度時(shí)的一種運(yùn)轉(zhuǎn)過程。

在制動(dòng)工作狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T方向與轉(zhuǎn)速n的方向相反，為制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)把系統(tǒng)的機(jī)械能變成為電能輸出。由此可見，制動(dòng)工作狀態(tài)的實(shí)質(zhì)是，電動(dòng)機(jī)成為發(fā)電動(dòng)機(jī)，消耗機(jī)械能。主要有以下3種情況：（1）生產(chǎn)機(jī)械為加快起動(dòng)和制動(dòng)過程，提高生產(chǎn)效率；（2）當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械在高速工作過程中時(shí)，根據(jù)需要迅速降為低速或者迅速由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)；

（3）有些位能負(fù)載為獲得穩(wěn)定的下降速度。2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)能耗制動(dòng)2直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)原來處于正向電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行將電樞電源U斷掉，轉(zhuǎn)而加到制動(dòng)電阻RK上，會(huì)怎么樣呢（1）能耗制動(dòng)原理2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)

由于機(jī)械慣性而轉(zhuǎn)速n不變，從而電動(dòng)勢(shì)Ea亦不變。在電樞回路中電樞電流Ia，為原感應(yīng)電流Ie，其方向與電動(dòng)狀態(tài)相反。

那么電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T亦與電動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩方向相反，也與轉(zhuǎn)速n方向相反

T起制動(dòng)作用，使系統(tǒng)減速

系統(tǒng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟呐c電樞回路的電阻上，即處于能耗制動(dòng)狀態(tài)。2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)

線圈在磁場中運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。

由右手定則，拇指為運(yùn)動(dòng)方向，磁場穿過掌心，四指方向?yàn)楫a(chǎn)生感應(yīng)電流方向。

左手定則，四指為通電電流方向，磁場穿過掌心，拇指為受力方向。

所以，通電線圈在磁場的作用下，使線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。電樞平衡2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)根據(jù)基爾霍夫電壓定律：電路中任意一個(gè)閉合回路的所有電壓之和等于零。環(huán)路逆時(shí)針方向?yàn)檎?，系統(tǒng)處于能耗制動(dòng)時(shí)，電路的電壓平衡方程為：所以電樞電流為：Ce——電動(dòng)勢(shì)常數(shù)電樞電流Ia方向與原來方向相反，它決定于制動(dòng)電阻RK的大小，RK越小Ia越大。由電樞電流Ia所產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T，其方向也與原來的電動(dòng)狀態(tài)相反（設(shè)T原來方向?yàn)椤?”，則此時(shí)方向?yàn)椤?”），大小與Ia成正比。2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)電樞電流Ia所產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T，其方向也與原來的電動(dòng)狀態(tài)相反(成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩)，大小與Ia成正比。

因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)從電源上斷掉，U=0，所以理想空載轉(zhuǎn)速n0=0

能耗制動(dòng)的T-n機(jī)械特性曲線為通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線

斜率β決定于電阻Ra（ra+RK），制動(dòng)電阻越大，斜率越大；改變RK就可以改變制動(dòng)強(qiáng)度nT制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而減小n02.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)（2）能耗制動(dòng)特點(diǎn)缺點(diǎn)是其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而減小，因而拖長了制動(dòng)時(shí)間（3）克服缺點(diǎn)辦法

開始制動(dòng)時(shí)，將RK1和RK2全部串入電路中，系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)降速，隨著轉(zhuǎn)速降低，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小。

這時(shí)制動(dòng)效果已經(jīng)很小，為此令接觸器觸點(diǎn)KM1閉合，把RK1制動(dòng)電阻切除掉，這時(shí)制動(dòng)電流加大，其對(duì)應(yīng)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩加大，系統(tǒng)再以較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行制動(dòng)，直到停車。優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)，簡單；在零速時(shí)沒有轉(zhuǎn)矩，可以準(zhǔn)確停車。制動(dòng)過程中與電源隔離，當(dāng)電源斷電時(shí)也可以通過保護(hù)線路換接到制動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行安全停車，所以在不反轉(zhuǎn)以及要求準(zhǔn)確停車的拖動(dòng)系統(tǒng)中多采用能耗制動(dòng)。2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)（4）總結(jié)

能耗制動(dòng)過程中電動(dòng)機(jī)與電網(wǎng)隔開，所以不需要從電網(wǎng)輸入電功率

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的電功率完全由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)動(dòng)能轉(zhuǎn)換而來，即完全消耗系統(tǒng)本身的動(dòng)能，能耗制動(dòng)的名稱就是由此而來2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)反接制動(dòng)3反接制動(dòng)有兩種情況：一是轉(zhuǎn)速反相的反接制動(dòng)，一是電壓反接的反接制動(dòng)。

電動(dòng)機(jī)按某一方向接線（如正向）工作時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T及轉(zhuǎn)速n的方向?yàn)檎螂妱?dòng)狀態(tài)，如圖（1）轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)（1）逐漸增加制動(dòng)電阻RK，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不斷下降。

由特性1上的nc降到特性2上的nd，以致降到特性3上的ne，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。如再增大RK使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst<TL，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不足以帶動(dòng)負(fù)載，以致電動(dòng)機(jī)被負(fù)載（重物）帶動(dòng)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生了所謂的“倒拉”現(xiàn)象，使轉(zhuǎn)速n反向，與轉(zhuǎn)矩T方向相反，如圖2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)機(jī)械特性方程式為n0為空載理想轉(zhuǎn)速。由于RK很大，斜率β很大電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性在第四象限（由正向電動(dòng)到轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)）。最后，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載特性交于F點(diǎn)，系統(tǒng)以穩(wěn)定的速度nF下放。2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)電樞回路的電壓平衡方程為兩端同時(shí)乘以電流Ia可以得到功率平衡方程式的左端第一項(xiàng)為機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成的電磁功率(W)；式的左端第二項(xiàng)為電網(wǎng)向電樞輸入的電功率(W)；式的右端為電樞回路消耗的電功率(W)。

轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)的能量關(guān)系：

從電網(wǎng)輸入的電功率以及由機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成的電磁功率兩者都消耗在電樞回路的電阻上由此可見，反接制動(dòng)的能耗很大。2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)反接制動(dòng)有兩種情況：一是轉(zhuǎn)速反相的反接制動(dòng)，一是電壓反接的反接制動(dòng)。（2）電樞電壓反接的反接制動(dòng)系統(tǒng)原來處于正向電動(dòng)狀態(tài)，T、n、TL各物理量的方向如圖電動(dòng)機(jī)工作在圖2-33上的機(jī)械特性的A點(diǎn)。2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)突然把電樞電壓反接，同時(shí)在電樞回路中串入一個(gè)較大的制動(dòng)電阻RK這時(shí)，電樞電流馬上反向電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩亦反向，變?yōu)榕cn方向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這時(shí)作用在滑輪上的轉(zhuǎn)矩為T+TL。在此合力轉(zhuǎn)矩的作用下，此時(shí)系統(tǒng)即減速。2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)速度的下降，反電動(dòng)勢(shì)Ea也隨即減小，因而電路的電流也減小，電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小。如此繼續(xù)直到系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速為零，這時(shí)電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)也為零但電路的電流不為零。因?yàn)檫@時(shí)還有電源電壓U作用在電路上，系統(tǒng)會(huì)自行反轉(zhuǎn)而進(jìn)入反向電動(dòng)狀態(tài)。這時(shí)如欲停車，切斷電源加上抱閘，負(fù)載停止運(yùn)動(dòng)電壓反接制動(dòng)狀態(tài)到轉(zhuǎn)速為零時(shí)就算結(jié)束。2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)（1）從機(jī)械特性上來看，進(jìn)入電壓反接之前，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在正向電動(dòng)狀態(tài)此時(shí)T=TL，n=nA。

在電樞反接瞬間，由于系統(tǒng)的機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速n的大小及方向都不能立刻改變，電樞電勢(shì)Ea亦不能改變，電動(dòng)機(jī)由A點(diǎn)水平過渡到反接后的機(jī)械特性上的B點(diǎn)。由于這時(shí)電樞反接，根據(jù)圖，設(shè)環(huán)路逆時(shí)針方向?yàn)檎?，根?jù)基爾霍夫電壓定律2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)反接制動(dòng)特性上的B點(diǎn)向C點(diǎn)變化。

到C點(diǎn)如不切除電樞電源，系統(tǒng)會(huì)自行反轉(zhuǎn)而進(jìn)入反向電動(dòng)狀態(tài)，直到最終穩(wěn)定在第四象限的E點(diǎn)。此時(shí)電流Ia與正向運(yùn)行時(shí)的電流方向相反。在此反向電流的作用下，系統(tǒng)減速，2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)機(jī)械特性方程式如式

式中由于U為負(fù)，所以n0為負(fù)，T亦為負(fù)。由于電樞串入電阻RK，所以特性斜率β很大，如圖2-33所示，圖中BC即為電樞反接的反接制動(dòng)機(jī)械特性。電樞電路的電壓平衡方程式2.10,2.112.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)

這與轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)的結(jié)論一致，即從電網(wǎng)輸入的電功率以及由機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成的電磁功率，兩者都消耗在電樞回路的電阻上。

反接制動(dòng)方法在制動(dòng)過程中要消耗較大的能量，因而從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來看不夠經(jīng)濟(jì)。但從技術(shù)的觀點(diǎn)來看，制動(dòng)效果較好，在整個(gè)制動(dòng)過程中制動(dòng)轉(zhuǎn)矩都很大，制動(dòng)時(shí)間安較短，并且在轉(zhuǎn)速為零時(shí)仍有很大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)不需要停車時(shí)，還可以自動(dòng)反轉(zhuǎn)，再反向起動(dòng)。

因而這種制動(dòng)方法經(jīng)常用于反轉(zhuǎn)拖動(dòng)系統(tǒng)，以及作為位能負(fù)載下放重物，以獲得穩(wěn)定的下放速度。2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)回饋制動(dòng)4電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，在某種特定的條件下（如電動(dòng)車下坡時(shí)）會(huì)出現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速n高于機(jī)械特性中的理想空載轉(zhuǎn)速n0的情況

此時(shí)電動(dòng)機(jī)電樞產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)呈

Ea>U，電樞回路的電流方向變?yōu)榉捶较?/p>

電機(jī)電樞產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的方向也隨之改變，由驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩變成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，阻礙負(fù)載的運(yùn)動(dòng)。2.2.3直流電機(jī)的制動(dòng)再從能量傳遞方向來理解回饋制動(dòng)，電機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)，實(shí)際上是電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，即將負(fù)載的機(jī)械能變換成直流電能回饋給電網(wǎng)，因此稱這種狀態(tài)為回饋制動(dòng)狀態(tài)?；仞佒苿?dòng)時(shí)的機(jī)械特性方程式與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相同，只是運(yùn)行在特性曲線上不同的區(qū)段而已。正向回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性位于第Ⅱ象限反向回饋制動(dòng)時(shí)位于第Ⅳ象限如圖2-34中的n0曲線的A段和-n0曲線的B段。謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.2.4直流電機(jī)的調(diào)速方法速度調(diào)節(jié)概念1電動(dòng)機(jī)的調(diào)速是在一定的負(fù)載條件下，人為地改變電動(dòng)機(jī)的電路參數(shù)，使同一個(gè)機(jī)械負(fù)載得到不同的轉(zhuǎn)速。電機(jī)的速度變化與速度調(diào)節(jié)（調(diào)速）有著本質(zhì)的區(qū)別。速度變化是指由于電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化（增大與減?。┒痣妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化（下降或上升）。速度變化是在某條機(jī)械特性上，由于負(fù)載改變而引起的速度調(diào)節(jié)則是在某一特定的負(fù)載下，靠人為改變機(jī)械特性而得到不同的速度曲線。2.2.4直流電機(jī)的調(diào)速方法運(yùn)行速度分析2直流電機(jī)處于正向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，工作情況如圖2-27左圖所示。電網(wǎng)電壓U產(chǎn)生電流Ia,Ia在磁場中受電磁力作用使電機(jī)旋轉(zhuǎn)，電樞導(dǎo)體切割磁力線感生(反電流IE)反電勢(shì)Ea，Ia在電樞回路總電阻Ra（包括電樞繞組電阻及兩個(gè)電刷的接觸電阻）上產(chǎn)生壓降IaRa，因此：Ea＝U－IaRa電壓平衡方程式為IEIEIE+-拓展：基爾霍夫電壓定律：沿著閉合回路所有元件兩端的電勢(shì)差（電壓）的代數(shù)和等于零式2.132.2.4直流電機(jī)的調(diào)速方法由式2.6式2.7，電樞電流Ia所產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T，大小與Ia成正比把式2.6、式2.7帶入式2.13可得其中，n——轉(zhuǎn)速（r/min）；n0——理想空載轉(zhuǎn)速；U——電樞電壓（V）；Ia——電樞電流（A）；Ra——電樞回路總電阻（

）；

——?jiǎng)?lì)磁磁通（Wb）；Ce——由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；CT——轉(zhuǎn)矩常數(shù)，CT=9.55Ce可得：改變串入電樞回路的電阻Ra、改變外加電樞兩端的電壓U及主磁通Φ，都可以得到不同的人為機(jī)械特性，從而在負(fù)載不變時(shí)可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到調(diào)速的目的。因此直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法。2.2.4直流電機(jī)的調(diào)速方法調(diào)節(jié)電樞供電電壓調(diào)速3

保持電阻R=Ra，Φ=ΦN。由于電動(dòng)機(jī)的電樞電壓一般以額定電壓UN為上限，因此改變電壓，通常只能在低于額定電壓的范圍變化與固有機(jī)械特性相比，轉(zhuǎn)速降Δn不變，即機(jī)械特性曲線的斜率不變，但理想空載轉(zhuǎn)速n0隨電壓成正比減小

因此降壓時(shí)的人為機(jī)械特性是低于固有機(jī)械特性曲線的一組平行直線，如圖2-35所示。n0=U/CeΦ2.2.4直流電機(jī)的調(diào)速方法調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：（1）電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；（2）它的理想空載轉(zhuǎn)速隨外加電壓的平滑調(diào)節(jié)而改變。轉(zhuǎn)速降落不隨速度變化而改變，調(diào)速前后的機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時(shí)穩(wěn)定性好；（3）無論輕載還是負(fù)載，調(diào)速范圍相同，一般可達(dá)D=2.5-12；（4）電能損耗較小。（5）這種調(diào)速方法還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是可以靠調(diào)節(jié)電樞兩端電壓來起動(dòng)電動(dòng)機(jī)而不用另外添加起動(dòng)設(shè)備，這就是前節(jié)所說的靠改變電樞電壓的起動(dòng)方法。

例如電樞靜止，反電動(dòng)勢(shì)為零；當(dāng)開始起動(dòng)時(shí)，加給電動(dòng)機(jī)的電壓應(yīng)以不產(chǎn)生超過電動(dòng)機(jī)最大允許電流為限。待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以后，隨著轉(zhuǎn)速升高，其反電動(dòng)勢(shì)也升高，再讓外加電壓也隨之升高。這樣如果能夠控制得好，可以保持起動(dòng)過程電樞電流為最大允許值，并幾乎不變和變化極小，從而獲得恒加速起動(dòng)過程。調(diào)壓調(diào)速的缺點(diǎn)：由于需要獨(dú)立可調(diào)的直流電源，因而使用設(shè)備較只有直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法來說要復(fù)雜，初投資也相對(duì)大些。但由于這種調(diào)速方法的調(diào)速平滑，特性硬度大、調(diào)速范圍寬等特點(diǎn)，就使這種調(diào)速方法具備良好的應(yīng)用基礎(chǔ)，在冶金、機(jī)床、礦井提升以及造紙機(jī)等方面得到廣泛應(yīng)用。2.2.4直流電機(jī)的調(diào)速方法改變電樞回路電阻調(diào)速4

保持U=UN，Φ=ΦN，改變電樞回路電阻R。

人為機(jī)械特性與固有特性相比，理想空載轉(zhuǎn)速n0不變，

但轉(zhuǎn)速降Δn相應(yīng)增大，Ra越大，Δn越大，特性越“軟”，如圖2-36中曲線所示。

可見，電樞回路串入電阻后，在同樣大小的負(fù)載下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將下降，穩(wěn)定在低速運(yùn)行。n0=U/CeΦ2.2.4直流電機(jī)的調(diào)速方法改變電樞回路電阻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：電樞串電阻調(diào)速設(shè)備簡單，操作方便。改變電樞回路電阻調(diào)速缺點(diǎn)：（1）由于電阻只能分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差；（2）機(jī)械特性的硬度隨外串電阻的增加而減??；當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，低速時(shí)的機(jī)械特性很軟，負(fù)載的微小變化將引起轉(zhuǎn)速的較大波動(dòng)，特性曲線斜率大，靜差率大，所以轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性差；（3）輕載時(shí)調(diào)速范圍小，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速范圍一般為D≦2；（4）損耗大，效率低，不經(jīng)濟(jì)。對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前、后因磁通不變，而使Tem和Ia不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。一般只用少數(shù)的調(diào)速級(jí)數(shù)。再加上電能損耗較大，所以這種調(diào)速方法近來在較大容量的電動(dòng)機(jī)上很少使采用，只是在調(diào)速平滑性要求不高，低速工作時(shí)間不長，電動(dòng)機(jī)容量不大，采用其他調(diào)速方法又不值得的地方采用這種調(diào)速方法。2.2.4直流電機(jī)的調(diào)速方法減弱勵(lì)磁磁通調(diào)速5改變主磁通Φ的調(diào)速方法，一般是指向額定磁通以下改變。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)正常工作時(shí)，磁路已經(jīng)接近飽和，即使勵(lì)磁電流增加很大，但主磁通Φ也不能顯著地再增加很多。所以一般所說的改變主磁通Φ的調(diào)速方法，都是指往額定磁通以下的改變。減弱磁通可以在勵(lì)磁回路內(nèi)串接電阻Rf或降低勵(lì)磁電壓Uf，而在電樞回路中U=UN，R=Ra，二者沒有發(fā)生變化。因?yàn)棣凳亲兞?，所以轉(zhuǎn)速n=f（T）特性曲線如圖2.37所示。2.2.4直流電機(jī)的調(diào)速方法當(dāng)減弱磁通時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速n0增加，轉(zhuǎn)速降Δn也增加。通常在負(fù)載不是太大的情況下，如圖2-37中的TL，減弱磁通可使他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。弱磁調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：（1）由于在電流較小的勵(lì)磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡單，調(diào)速平滑性好；（2）弱磁升速后電樞電流增大，電動(dòng)機(jī)的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動(dòng)機(jī)的效率基本不變，因此經(jīng)濟(jì)性是比較好。弱磁調(diào)速缺點(diǎn)：（1）機(jī)械特性的斜率變大，特性變軟；（2）轉(zhuǎn)速的升高受到電動(dòng)機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，升速范圍不可能很大，一般D≤2。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，通常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來，在額定轉(zhuǎn)速以上，采用弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓調(diào)速。額定電壓下，如果負(fù)載改變，轉(zhuǎn)速變化小就說明機(jī)械特性硬2.2.4直流電機(jī)的調(diào)速方法例2-1：某直流電機(jī)采用調(diào)壓調(diào)速方法進(jìn)行開環(huán)調(diào)速。電樞電壓U=200V，電樞電流Ia=30A，電樞回路總電阻Ra=1.4Ω，勵(lì)磁磁通Φ=2.21Wb，電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ce=0.468。依據(jù)直流電機(jī)調(diào)速原理解決如下問題：（1）請(qǐng)描述電機(jī)電壓平衡方程（2）當(dāng)電樞輸入電壓為200V時(shí)，求電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速n0。（3）求電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n。①直流電機(jī)正向運(yùn)動(dòng)，電機(jī)電壓平衡方程為：②理想空載轉(zhuǎn)速：2.2.4直流電機(jī)的調(diào)速方法③實(shí)際轉(zhuǎn)速電樞電壓U=200V，電樞電流Ia=30A，電樞回路總電阻Ra=1.4Ω，勵(lì)磁磁通Φ=2.21Wb，電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ce=0.468。2.2.4直流電機(jī)的調(diào)速方法恒轉(zhuǎn)矩與恒功率調(diào)速6在調(diào)壓調(diào)速范圍內(nèi)，勵(lì)磁磁通不變，容許的輸出轉(zhuǎn)矩也不變，稱作“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許輸出轉(zhuǎn)矩減小，而容許輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，為“恒功率調(diào)速方式”。二者比較如圖2-38所示。謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.2.5直流電機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)-靜差率1

衡量調(diào)速系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，有穩(wěn)態(tài)指標(biāo)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)和抗擾性指標(biāo)額定轉(zhuǎn)速降△nN與理想空載轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率。在靜態(tài)時(shí)即為靜態(tài)轉(zhuǎn)差率,簡稱靜差率,亦用s表示。習(xí)慣上我們把機(jī)械特性下傾的斜率大小稱為機(jī)械特性的硬度。斜率越大，硬度越小，反之稱為越硬。靜差率除與機(jī)械特性的硬度有關(guān)外，還與理想空載轉(zhuǎn)速有關(guān)。定義靜差率的意義在于，在需要大范圍調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，在轉(zhuǎn)速的低端用來衡量由于負(fù)載的穩(wěn)態(tài)變化引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)量占額定理想空載轉(zhuǎn)速的比值有多大。2.2.5直流電機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)-調(diào)速范圍2指在能滿足一定的調(diào)速性能指標(biāo)的條件下，額定負(fù)載時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)所能穩(wěn)定運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin的比值。也叫調(diào)速深度。當(dāng)只對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)指標(biāo)提出要求時(shí)，可將D定義為：保證靜差率不大于smax時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)所能夠穩(wěn)定運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin的比值。對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)有不同要求時(shí)（包括靜態(tài)指標(biāo)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)、抗擾指標(biāo)等），同一系統(tǒng)的調(diào)速范圍也會(huì)有所不同。2.2.5直流電機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)靜差率、調(diào)速范圍及額定轉(zhuǎn)速降之間關(guān)系3若限定系統(tǒng)的最大靜差率為smax，當(dāng)△nN一定時(shí)，smax總是發(fā)生在最低速時(shí)，如式2.17所示由2.17式中解出nmin，并代入式2.16，得式2.18：上式表明調(diào)速范圍D與容許的最大靜差率smax近似成正比，與額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降△nN成反比。顯然增大調(diào)速范圍的最直接有效的辦法是減小△nN，即增大機(jī)械特性的硬度。2.2.5直流電機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)-調(diào)速的平滑性4在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級(jí)數(shù)越多，調(diào)速越平滑。相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比為平滑系數(shù)。如式2.19所示。2.2.5直流電機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)例2-2：某調(diào)速系統(tǒng)的額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min，在額定負(fù)載時(shí)的額定轉(zhuǎn)速降為△nN=84r/min。從額定轉(zhuǎn)速向下采用降低電樞電壓調(diào)速。要求當(dāng)生產(chǎn)工藝要求的靜差率為s≤smax=0.3時(shí)，試計(jì)算此系統(tǒng)的調(diào)速范圍D。解（1）額定轉(zhuǎn)速即為最高轉(zhuǎn)速，即nmax=nN=1000r/min，

（2）由式得：（3）計(jì)算得2.2.5直流電機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)例2-3：某電源—電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)，已知電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為n=1000r/min，額定電流IN=30.5A，主回路電阻R=0.18Ω，CeΦN=0.2，若要求電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍D=20，sn<5%，則該調(diào)速系統(tǒng)是否能滿足要求？解（1）額定轉(zhuǎn)速即為最高轉(zhuǎn)速，即nmax=nN=1000r/min

（2）由式得：（3）計(jì)算得（4）設(shè)系統(tǒng)電流連續(xù)（5）計(jì)算得結(jié)論：這樣的電源——電動(dòng)機(jī)所組成的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，是沒有能力完成其調(diào)速指標(biāo)的。要把額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降從開環(huán)系統(tǒng)中的27.5r/min降低。2.2.5直流電機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)5調(diào)速系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)控制的過渡過程中所表現(xiàn)出來的性能指標(biāo)。是研究線性系統(tǒng)在零初始條件和單位階躍信號(hào)輸入下的響應(yīng)過程曲線超調(diào)量：響應(yīng)曲線第一次越過靜態(tài)值達(dá)到峰值點(diǎn)時(shí)，越過部分的幅度與靜態(tài)值之比，記為

；調(diào)節(jié)時(shí)間：響應(yīng)曲線最后進(jìn)入偏離靜態(tài)值的誤差為

5％（或2％）的范圍

并且不再越出這個(gè)范圍的時(shí)間，記為ts；振蕩次數(shù)：響應(yīng)曲線在ts之前在靜態(tài)值上下振蕩的次數(shù)；延遲時(shí)間：響應(yīng)曲線首次達(dá)到靜態(tài)值的一半所需的時(shí)間，記為td；上升時(shí)間：響應(yīng)曲線首次從靜態(tài)值的10％過渡到90％所需的時(shí)間，記

為tr；2.2.5直流電機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)峰值時(shí)間：響應(yīng)曲線第一次達(dá)到峰值點(diǎn)的時(shí)間，記為tp。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性可歸結(jié)為：（1）響應(yīng)的快速性，由上升時(shí)間和峰值時(shí)間表示；（2）對(duì)所期望響應(yīng)的逼近性，由超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間表示。tr和

往往是相互矛盾的，上升時(shí)間過小，就使超調(diào)量增大。ts是一個(gè)折衷，它表征了調(diào)速系統(tǒng)跟蹤控制的綜合快速性。2.2.5直流電機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)抗擾性指標(biāo)6調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性指標(biāo)反映了系統(tǒng)對(duì)外部干擾的抵抗能力包括抗電網(wǎng)擾動(dòng)能力抗負(fù)載擾動(dòng)能力抗參數(shù)變化干擾能力等。謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.2.6PWM裝置原理與應(yīng)用1PWM是英文“PulseWidthModulation”的縮寫，即脈沖寬度調(diào)制。

是利用電子開關(guān)，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成為一定頻率的方波脈沖電壓，然后再通過對(duì)方波脈沖寬度的控制來改變供電電壓大小與極性，從而達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變壓調(diào)速的一種方法。簡單的脈寬調(diào)制電路如圖2-40所示2.2.6PWM裝置根據(jù)圖列出函數(shù)并經(jīng)傅里葉級(jí)數(shù)展開可得式

式中，控制電壓為一直流分量和一交流分量之和。當(dāng)脈沖周期比電動(dòng)機(jī)電磁常數(shù)大很多時(shí)，交流分量的作用很小，可以忽略不計(jì)。如圖2-41所示所以，電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端的電壓平均值為UO=αUS，α=t1/Ts為占空比。根據(jù)直流電機(jī)電壓調(diào)速原理，可知電機(jī)轉(zhuǎn)速與占空比成正比。2.2.6PWM裝置PWM特點(diǎn)2（1）優(yōu)點(diǎn)：1）大功率可控器件少，線路簡單；2）調(diào)速范圍寬；3）快速性好；4）電流波形系數(shù)好，附加損耗小；5）功率因數(shù)高。（2）缺點(diǎn)：1）單向?qū)щ娦?，不能回饋電網(wǎng)；2）電磁干擾；3）過載能力差；4）基極驅(qū)動(dòng)電路的觸發(fā)電路復(fù)雜。謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.2.7直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器原理電路設(shè)計(jì)1根據(jù)上節(jié)講述的PWM電壓調(diào)速，本項(xiàng)目電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用單極性驅(qū)動(dòng)可逆PWM功率放大器。

此種方式能有效地減小電流波動(dòng)及功率損耗，避免雙極性可逆系統(tǒng)中開關(guān)管直通的危險(xiǎn)。并可通過提高開關(guān)管頻率的方法克服輕載斷流現(xiàn)象。

如圖2-42所示，模塊由4個(gè)場效應(yīng)管、穩(wěn)壓二極管和相關(guān)保護(hù)電路組成。場效應(yīng)管有N溝道、P溝道兩種型號(hào)，其主要性能指標(biāo)為反向耐壓、工作電流、開關(guān)頻率，三個(gè)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)值為：反向耐壓應(yīng)有2倍以上的余量，工作電流應(yīng)有3.5倍的余量，開關(guān)頻率大于實(shí)際頻率。

根據(jù)選用的電動(dòng)機(jī)，選用MTP3055（NMOS，60V/12A）作為功率元件，組成H橋型單極性開關(guān)放大器。

功率場效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)采用帶有集電極開路的OC門TTL集成電路，并加上拉電阻，使其有足夠高的驅(qū)動(dòng)電壓。2.2.7直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器原理電路分析2要求電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，方向控制端輸出高電平，VT1柵極受PWM控制，VT4導(dǎo)通，VT2、VT3全都截止，電流由A到B，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；要求電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，方向控制端輸出底電平，VT3柵極受PWM控制，VT2導(dǎo)通，VT1、VT4全都截止，電流由B到A，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。2.2.7直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器原理控制模塊3

目前，一般不需要自己設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，有比較成熟的基于PWM的直流電機(jī)控制模塊選用，原理與上述相同，可以通過引腳方便的控制轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等。2.2.7直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器原理謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.2.8直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成直流驅(qū)動(dòng)器的PWM控制原理，也就是控制電路和能量轉(zhuǎn)換部分。一般驅(qū)動(dòng)器包括四個(gè)部分。1.電源供電直流驅(qū)動(dòng)器通過接入適當(dāng)?shù)闹绷麟娫礊殡姍C(jī)提供電能。通常使用電池、整流器等設(shè)備將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。2.控制電路直流驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部擁有控制電路，該電路接收來自外部的輸入信號(hào)，例如速度設(shè)定信號(hào)或轉(zhuǎn)向信號(hào)，并根據(jù)這些信號(hào)采取適當(dāng)?shù)目刂撇呗浴?.2.8直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成直流驅(qū)動(dòng)器的PWM控制原理，也就是控制電路和能量轉(zhuǎn)換部分。一般驅(qū)動(dòng)器包括四個(gè)部分。3.能量轉(zhuǎn)換部分直流驅(qū)動(dòng)器將電源提供的直流電轉(zhuǎn)換為電機(jī)所需的電流和電壓。通過控制電路調(diào)節(jié)輸出電流和電壓的大小，直流驅(qū)動(dòng)器可以精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩。4.功能模塊直流驅(qū)動(dòng)器通常還包含多個(gè)功能模塊，例如電流檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊等。這些模塊可以監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)和保護(hù)。2.2.8直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成直流驅(qū)動(dòng)器的PWM控制原理，也就是控制電路和能量轉(zhuǎn)換部分。一般驅(qū)動(dòng)器包括四個(gè)部分。此外需要精確控制直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器還包括如下部分：5.反饋控制模塊例如編碼器或電壓傳感器。直流驅(qū)動(dòng)器可以根據(jù)外部輸入信號(hào)和內(nèi)部反饋信號(hào)，精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向和扭矩，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的有效驅(qū)動(dòng)。謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.3.1閉環(huán)控制方案設(shè)計(jì)控制方案1控制器采用西門子1214C型PLC14輸入點(diǎn)10輸出點(diǎn)，因?yàn)橐ㄟ^模擬量0-10V電壓控制調(diào)速模塊進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速所以擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸出模塊AQ2*14bit。速度檢測(cè)模塊一般是將旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電量輸出的傳感器。按照原理可以分為電感式、電容式、光電式等傳感器。連接電機(jī)軸并檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的傳感器常用光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器。2.3.1閉環(huán)控制方案設(shè)計(jì)速度檢測(cè)-光電碼盤2

采用增量式光電編碼盤作為速度檢測(cè)模塊，來準(zhǔn)確地檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速并形成反饋信號(hào)。

增量式光電碼盤是自動(dòng)控制統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的編碼式數(shù)字傳感器，主要用于角位移、角速度等的檢測(cè)。如圖謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.3.2直流電機(jī)的接線、運(yùn)行與分析驅(qū)動(dòng)器選用與接線1直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的接線端口由電源輸入端、控制器信號(hào)輸入端、信號(hào)輸出端和動(dòng)力輸出端。此處以HE5030E直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為例，如圖電機(jī)接線端子如圖2.3.2直流電機(jī)的接線、運(yùn)行與分析直流驅(qū)動(dòng)器左面四個(gè)端子為動(dòng)力部分，右面四個(gè)端子為控制部分。左邊1、2端子接電源，左邊3、4接電機(jī)。右邊接線端子為控制部分，分別0-10V控制電壓、使能控制、正反轉(zhuǎn)控制，可參見電氣原理圖部分。2.3.2直流電機(jī)的接線、運(yùn)行與分析直流電機(jī)（勵(lì)磁式）接線端子有四個(gè)包括電樞繞組（主繞組）的兩個(gè)接線端子和勵(lì)磁繞組的兩個(gè)接線端子。主繞組、勵(lì)磁繞組判別方法就是阻值和線徑大小不一樣，勵(lì)磁繞組阻值一般在幾歐姆、主繞組一般是零點(diǎn)零幾歐姆。主繞組、勵(lì)磁繞組，把他們并聯(lián)起來，接電源。如果轉(zhuǎn)向反了，把其中一個(gè)接線端子反過來接即可。還有永磁式電機(jī)，直接按照正負(fù)接兩根線即可。2.3.2直流電機(jī)的接線、運(yùn)行與分析編碼器選用與接線2編碼器是構(gòu)成閉環(huán)控制的重要環(huán)節(jié)，用來檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角反饋給控制器。此處選用增量式光電編碼器。如圖2-50所示，光電編碼器通過前端法蘭固定，通過聯(lián)軸器與直流電機(jī)軸連接。編碼器輸出電纜通常由6根線組成。1、4號(hào)線為紅線、黑線，分別接電源Vcc和GND2、3、5號(hào)線為黃、綠、白線，為信號(hào)輸出線，信號(hào)分別為Z、A、B。6號(hào)線為屏蔽線。2.3.2直流電機(jī)的接線、運(yùn)行與分析編碼器選用與接線2編碼器與PLC接線如圖所示。綠線A信號(hào)、白線B信號(hào)為脈沖輸出，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)角和正反轉(zhuǎn)，分別接PLC輸入端子I0.0、I0.1。黃線Z信號(hào)為旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號(hào)，接PLC輸入端子I0.3。運(yùn)行3（1）安全要求①操作人員應(yīng)熟知電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)設(shè)備的啟動(dòng)、運(yùn)行特點(diǎn)。②直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，先接通勵(lì)磁電源；同時(shí)必須將電樞回路調(diào)節(jié)電阻的阻值調(diào)至最大，然后方可接通電樞電源，使電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)。③直流電動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)，必須先切斷電樞電源，然后斷開勵(lì)磁電源。為下次啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。④冷卻風(fēng)機(jī)先起后停，運(yùn)行中不得中斷。⑤不得空載高速運(yùn)轉(zhuǎn)，不得在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)維護(hù)保養(yǎng)。⑥不得接觸旋轉(zhuǎn)及高溫部位。2.3.2直流電機(jī)的接線、運(yùn)行與分析（2）運(yùn)行中檢查①檢查電動(dòng)機(jī)機(jī)體和軸承。軸承的溫升應(yīng)不大于70℃，聲音正常；機(jī)體有異常聲音、震動(dòng)較大、異常氣味、漏油、溫度過高時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)檢查。②冷卻風(fēng)扇應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好。電動(dòng)機(jī)通風(fēng)良好，不得覆蓋。③連接電纜不得過熱，不得有機(jī)械損傷。④保持清潔衛(wèi)生，不允許油污、水滴和灰塵進(jìn)入電動(dòng)機(jī)。⑤固定螺絲不得松動(dòng)。⑥不得過載運(yùn)行，短時(shí)堵轉(zhuǎn)后應(yīng)充分冷卻再啟動(dòng)。2.3.2直流電機(jī)的接線、運(yùn)行與分析故障分析3

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行或故障時(shí)，可通過看、聽、聞、摸四種方法來及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)防故障，保證電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。其中主要故障及原因。

處理方法如表2-2所示故障現(xiàn)象原因分析處理方法

不能起動(dòng)電源無電壓檢查電源及熔斷器勵(lì)磁回路斷開檢查勵(lì)磁繞組及起動(dòng)器電刷回路斷開檢查電樞繞組及電刷換向器接觸情況有電源但電動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)載過重或電樞被卡死或起動(dòng)設(shè)備不合要求，應(yīng)分別進(jìn)行檢查

轉(zhuǎn)速不正常轉(zhuǎn)速過高檢查電源電壓是否過高；主磁場是否過弱；電動(dòng)機(jī)負(fù)載是否過輕轉(zhuǎn)速過低檢查電樞繞組是否有斷路、短路、接地等故障；檢查電刷壓力及電刷位置；檢查電源電壓是否過低及負(fù)載是否過重；檢查勵(lì)磁繞組回路是否正常2.3.2直流電機(jī)的接線、運(yùn)行與分析

電刷火花過大電刷不在中性線上調(diào)整刷桿位置電刷壓力不當(dāng)或與換向器接觸不良或電刷磨損或電刷牌號(hào)不對(duì)調(diào)整電刷壓力、研磨電刷與換向器接觸面、淘換電刷換向器表面不光滑或云母片凸出研磨換向器表面、下刻云母槽電動(dòng)機(jī)過載或電源電壓過高降低電動(dòng)機(jī)負(fù)載及電源電壓電樞繞組或磁極繞組或換向極繞組故障分別檢查原因轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡未校正好重新校正轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡2.3.2直流電機(jī)的接線、運(yùn)行與分析

過熱或冒煙電動(dòng)機(jī)長期過載更換功率較大的電動(dòng)機(jī)電源電壓過高或過低檢查電源電壓電樞、磁極、換向極繞組故障分別檢查原因起動(dòng)或正、反轉(zhuǎn)過于頻繁避免不必要的正、反轉(zhuǎn)

機(jī)座帶電各繞組絕緣電阻太低烘干或重新浸漆出線端與機(jī)座相接觸修復(fù)出線端絕緣各繞組絕緣損壞造成對(duì)地短路修復(fù)絕緣損壞處2.3.2直流電機(jī)的接線、運(yùn)行與分析謝謝觀看

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社2.3.1閉環(huán)控制方案設(shè)計(jì)增量式光電編碼器1增量式光電碼盤是自動(dòng)控制統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的編碼式數(shù)字傳感器，主要用于角位移、角速度等的檢測(cè)。如圖采用增量式光電編碼盤作為速度檢測(cè)模塊，來準(zhǔn)確地檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速并形成反饋信號(hào)。

2.3.1閉環(huán)控制方案設(shè)計(jì)增量式編碼器由碼盤基片、光柵板、光學(xué)系統(tǒng)和光敏元件等組成。碼盤基片周邊上刻有節(jié)距相等的輻射狀窄縫，形成均勻分布的透明區(qū)和不透明區(qū)。圖中下部兩個(gè)光柵板與碼盤基片平行，并分別刻有a、b透明檢測(cè)窄縫，它們彼此錯(cuò)開1/4節(jié)距，以使a、b對(duì)應(yīng)的兩個(gè)光敏元件的輸出信號(hào)在相位上相差90°。工作時(shí)，光柵板靜止不動(dòng)，碼盤基片與轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，光源發(fā)出的光投射到碼盤基片與光柵板上。2.3.1閉環(huán)控制方案設(shè)計(jì)

當(dāng)碼盤基片上的不透明區(qū)正好與光柵板上的透明窄縫對(duì)齊時(shí)，光線被全部遮住，光敏元件輸出電壓為最?。划?dāng)碼盤基片上的透明區(qū)正好與光柵板上的透明窄縫對(duì)齊時(shí)，光線全部通過，光敏元件輸出電壓為最大。

圖中上部還有一個(gè)與碼盤基片平行的光柵板，刻有z透明檢測(cè)窄縫，用來表示碼盤的零位和計(jì)量碼盤基片旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。2.3.1閉環(huán)控制方案設(shè)計(jì)

當(dāng)碼盤基片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)和a、b、z光柵板對(duì)應(yīng)的光敏元件將有一系列脈沖輸出。如圖2-44下部分圖所示。左邊B信號(hào)超前A信號(hào)，碼盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；右邊A信號(hào)超前B信號(hào)，碼盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。2.3.1閉環(huán)控制方案設(shè)計(jì)當(dāng)規(guī)格為

n線/轉(zhuǎn)，即分辨率（分辨角）α，其計(jì)算方法為現(xiàn)在市場上提供的增量式光電編碼盤規(guī)格從36線/轉(zhuǎn)（P/r）到10萬線/轉(zhuǎn)都有。選擇時(shí)應(yīng)考慮：（1）伺服系統(tǒng)要求的分辨率；（2）考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。增量式編碼器的缺點(diǎn)：（1）有可能產(chǎn)生計(jì)數(shù)錯(cuò)誤（由于噪聲或其它外界干擾）；（2）若因停電、刀具破損而停機(jī)，事故排除后不能找到事故前執(zhí)行部件的正確位置。2.3.3速度檢測(cè)模塊簡介絕對(duì)式光電編碼器2鑒于增量式編碼器的缺點(diǎn)，人們發(fā)明了絕對(duì)脈沖式編碼器。它是在透明材料的圓盤上精確地印制上代表二進(jìn)制編碼的黑白刻線圖是四位二進(jìn)制的碼盤，碼盤上各圈圓環(huán)分別代表一位二進(jìn)制的數(shù)字碼道，對(duì)應(yīng)每圈都有光電傳感器。在同一個(gè)碼道上印制黑白等間隔圖案，形成一套編碼。黑色不透光區(qū)和自色透光區(qū)分別代表二進(jìn)制的“0”和“1”