第2讲 直流电机的调速方法.pdf

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1、第2章直流电机的控制第2章直流电机的控制直流电机具有良好的起动和制动性能、易于控制和平滑调速、调速范围宽，在许多调速和快速正反向的电力传动系统中得到了广泛应用。近年来，虽然高性能交流电机调速技术发展很快，交流调速系统已逐步取代直流调速系统，但直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，目前仍有应用；而且从控制规律的角度来看，直流调速系统又是交流调速系统的基础。因此，掌握直流电机调速技术是非常必要的。0《微特电机及其控制》——电机控制技术第2章直流电机的控制本章主要内容•2.1直流电机结构与原理回顾•2.2直流

2、电机调速方法•2.3直流调速系统中的可控直流电源•2.4直流PWM调速方法•2.5直流电机转速单闭环调速系统•2.6直流电机转速和电流双闭环调速系统•2.7直流电机调速系统仿真与设计1《微特电机及其控制》——电机控制技术第2章直流电机的控制本学时主要内容•2.1直流电机结构与原理回顾•2.2直流电机调速方法•2.3直流调速系统中的可控直流电源•2.4直流PWM调速方法•2.5直流电机转速单闭环调速系统•2.6直流电机转速和电流双闭环调速系统•2.7直流电机调速系统仿真与设计2《微特电机及其控制》——电机

3、控制技术2.1直流电机的原理与数学模型2.1直流电机的原理与数学模型2.1.1直流电机的结构磁极电枢绕组++N励磁绕组直流电机由+定子(磁极)+++机座、转子(电枢)SS和机座等部+++转子铁心分构成。+N++3《微特电机及其控制》——电机控制技术2.1.1直流电机的结构1.转子（电枢）由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。2.定子永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，形成电磁铁。IfIaIfUMUUMUMUMf他励并励串励复励4《微特电机及其控制》——电机控制技术2.1.2

4、直流电机的工作原理2.1.2直流电机的工作原理电刷N+IUI–S换向器直流电刷换向器线圈电源电刷换向器5《微特电机及其控制》——电机控制技术2.1.3他励直流电机的数学模型2.1.3他励直流电机的数学模型iaRaLaIaRaIif+f+++uaeΦUaEΦ––––（a）动态等效电路（b）稳态等效电路【电压方程】uRiLiddteaaaaaUIREaaa【反电势方程】eCeΦnECeΦn【转矩方程】TCeTΦiaTCeTΦIa6《微特电机及其控制》——电机控制技术2.1.3他励直流电机的

5、数学模型u——电枢绕组电压（V）；aUa——电枢绕组平均电压（V）；ia——电枢绕组电流（A）；I——电枢绕组平均电流（A）；aR——电枢绕组电阻（Ω）；aL——电枢绕组电感（H）；ae——电枢绕组中感生反电势（V）;E——电枢绕组中感生反电势平均值（V）;C——电动势结构常数（V/（Wb·r/min））；eΦ——励磁磁通（Wb）；n——电机转速（r/min）；T——电磁转矩（N·m）；e60CT——转矩结构常数(N·m/(Wb·A))，CCTe。2π7《微特电机及其控制》——电机控制技术2.1.3他

6、励直流电机的数学模型他励直流电机的稳态方程：UIREaaaECΦneTCΦIeTa以上公式反映的概念：(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想改变E，只能改变或n。(2)若忽略绕组中的电阻Ra，则Uae=ECΦn，可见当外加电压一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变可调速。(3)当一定时，转矩与电枢电流成正比。8《微特电机及其控制》——电机控制技术2.1.4他励直流电机的机械特性2.1.4他励直流电机的机械特性——是指电机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下

7、，也就是电机处于稳态运行时，电机的转速与电磁转矩之间的关系，即n=f(Te)。(1)机械特性方程UIREaaaUIRURECΦnaaaaaen2TeTCΦICeΦCeΦCTCeΦeTa直流电机在额定条件（Ua=UN，Φ=ΦN）下和电枢回路不接任何电阻时的机械特性，称为“固有机械特性”或“自然机械特性”。9《微特电机及其控制》——电机控制技术2.1.4他励直流电机的机械特性(2)机械特性曲线URTaaenTn2e0CΦCCΦeTen①理想空载转速n0n②转速降落（速降）

8、0ΔnΔn=T1/βn1n③机械特性硬度(斜率)NΔTeTCCΦ2eTe=nRa0T1TNTe人为机械特性？10《微特电机及其控制》——电机控制技术【例2-1】【例2-1】一台Z2-51型他励直流电动机，已知额定功率5.5kW，额定电压220V，额定电流31A，额定转速1500r/min，假设电机在额定负载下的铜耗占总损耗ΣP的50%，求该电机的固有机械特性。【解析】分析：求两点坐标（0,n0）和（TN,nN）2先求电枢电阻：由IR