《运动控制系统》PPT课件

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1、第1章直流电机原理及单闭环调速系统1.1基本电磁定律1.2直流电机的工作原理及类型1.3直流电机的模型1.4他励直流电机的调速方法1.5开环调压调速系统1.6转速单闭环调速系统1.7无静差调速系统和基本调节电路1.8其它反馈环节的直流调速系统1.9单闭环调速系统电流截止负反馈习题与思考题1.1基本电磁定律法拉第(Faraday)于1821年发现了载流导体在磁场中受力的现象，并首次使用模型表演了这种把电能转换为机械能的过程。在进行了大量的实验研究以后，1831年，他又发现了电磁感应定律。在这一基本定律的指导下，第二年，皮克西(Pixii)利用磁铁和线圈的相对运动，再加上一个换向装置，制成了一

2、台原始的旋转磁极式直流发电机。这就是现代直流发电机的基础。虽然早在1833年，楞次(Lenz)已经证明了电机的可逆原理，但在1870年以前，直流发电机和电动机一直被看做是两种不同的电机而独立发展着。1870~1890年是直流电机发展的另一个重要阶段。1873年，海夫纳阿尔泰涅克(HefnerAlteneck)发明了鼓形绕组，提高了导线的利用率。为加强绕组的机械强度，减少铜线内部的涡流损耗，绕组的有效部分被放入铁芯槽中。1880年爱迪生(Edison)提出采用叠片铁芯，进一步减少了铁芯损耗，降低了绕组温升。鼓形电枢绕组和有槽叠片铁芯结构一直沿用至今。上述若干重大技术进步使直流电机的电磁负荷

3、、单机容量和输出效率大为提高，但换向器上的火花问题随之上升为突出问题。于是，1884年出现了换向极和补偿绕组，1885年开始用碳粉制作电刷。这些措施使火花问题暂告缓和，反过来又促进了电磁负荷和单机容量的进一步提高。在电机理论方面，1886年霍普金森兄弟(J&EHopkinson)确立了磁路欧姆定律，1891年阿诺尔特(Anoret)建立了直流电枢绕组理论。这就使直流电机的分析和设计建立在更为科学的基础上。电机理论分析建立在电磁理论等基础之上。为了更好地理解电机原理，首先回顾一下基本电磁定律。（1-1）1.1.1全电流定律设空间有N根载流导体，环绕载流体的任意磁通闭合回路中，磁场强度的

4、切向分量沿该回路的线积分等于该回路所包围的电流代数和，即式中:H为沿该回路上各点切线方向的磁场强度分量；I为每根导体中的电流；l为导体的长度。式（1-1）表明磁场强度沿闭合回路的线积分与路径无关。称NI为磁路的磁动势，简称磁势。磁场强度H与磁感应强度B及磁导率关系为磁感应强度B为单位面积的磁通量，即也称为磁通密度，简称磁密。（1-2）1.1.2电磁感应定律线圈中的磁通量Φ发生变化时，在该线圈中将产生与磁通变化率成正比的电动势，若线圈匝数为W，则磁通Φ是时间t和线圈对磁场相对位移x的函数，即Φ=f(t,x)。将式（1-2）写成全微分形式若　　　　　，则

5、eb称为变压器电势。变压器工作原理就是线圈位置不动,而通过线圈的磁通量对时间发生变化。（1-3）（1-4）（1-5）式(1-2)中，WdΦ=dψ;ψ=WΦ,称为磁链。若则ev称为速度电势。电机的工作原理就是磁场的大小及分布不变，仅靠磁场和线圈有相对位移来产生变化磁通和感应电势进行能量变换。速度电势也可以通过计算单根导体在磁场中运动的感应电势来得到：ev=Bxlv（1-6）式中:Bx为导体所在位置的磁通密度（T）；l为导体的有效长度（m）；v为导体在垂直于磁力线方向的运动速度。感应电势的方向符合右手定则：磁力线穿过掌心，拇指指向导体的运动方向，四指表示感应电势方向。1.1

6、.3电路定律电路定律即基尔霍夫电流定律和电压定律。其中：∑i=0（1-7）即任意电路中，流入、流出某一点的电流之和等于零;∑e=∑u（1-8）即任意电路中，沿某一方向环绕回路一周，该回路内所有电势的代数和等于所有电压降的代数和。1.1.4安培定律导体中通以电流i，在磁场中将受到电磁力的作用，若磁场与导体相互垂直，则电磁力大小为F=Bxli（1-9）式中:Bx为导体所在处的磁通密度;l为导体的有效长度；i为导体中的电流（A）；这就是磁场对载流导体的作用力，常称为安培力，式(1-9)表示的规律就称为安培定律。电磁力的方向由左手定则确定：磁力线穿过手掌，四指指向电流方向，拇指表

7、示电磁力方向。1.2直流电机的工作原理及类型1.2.1直流电机工作原理如图1-1所示，在空间有一对固定的永久磁铁，在N极和S极之间有一个可以转动的线圈，线圈的首尾分别连接在两个相互绝缘的半圆形铜质换向片上，它固定在转轴上可以随轴转动，并且轴也是绝缘的。为了减小两极之间的磁阻，线圈安放在圆柱形铁芯上，线圈、铁芯和换向片构成一个整体并随轴转动，通称为转子。为了把线圈与外电路接通，换向片上放置了一对在空间静止