数学模型的建立
建立电动机动态数学模型的方法的要点是：首先列写出电动机主电路电压平衡方程式，轴上力矩平衡方程式和励磁电路电压平衡方程式等基本关系式，加以整理，然后进行拉普拉斯变换，根据此变换，即可求出电动机的动态结构图和传递函数的表达式[1，10]。
图4—1
上图为一他励直流电动机的等效电路，其中：
E----分别为电动机电枢端电压和反电势；
---电动机电枢电流和励磁电流；
---电枢电路电阻和电感；
---励磁电路电阻和电感；
-------电动机的励磁电压；
ω-------电动机的角速度；
J--------电动机轴上的转动惯量；
----电动机转矩和负载阻转矩。
4.1.1 写出平衡方程式、拉普拉斯变换
由上图可写出下列基本关系式：
-E= (1+)
-=JSω
=
E=
Te=
其中: 为电枢电路时间常数；为励磁电路时间常数；p为电动机磁极对数；M 为励磁绕组和电枢绕组的互感；
4.1.2 动态结构图
将S=d/dt看作算子，则上述诸式也就是它们的拉氏变换。所以由上式可画出直流电动机的结构。如图4—2所示。
图4—2
如果将讨论的问题限制在稳态工作点附近的小偏差情况，经过化简，可得此时系统的增量方程为：
为简化起见，式中表示增量的下标1已删去。由诸式可画出直流电动机在独立电枢电压和磁场控制下的动态结构图如下所示：
图4--3
1)当电动机磁场恒定时，动态结构图可化为下图形式：
其传递函数为：
或写成：
式中: ----固有振荡频率
ζ=----衰减系数或阻尼比
= = == C----电势系数或转矩系数
---------电动机的电气机械时间常数
当ζ〈1时，输出响应是振荡的；
当ζ≥1时，输出响应是非振荡的；
当ζ>>2,即Tm>>4Ta时，传递函数可写成如下形式：
次式表明，在外施阶跃电压作用下，首先产生由于时间常数而滞后的电枢电流，然后下一步输出因滞后的响应速度。
2)略去电枢电感，动态结构图可化为：
其传递函数为：
其中：
3)当负载中含有随转速成比例变化的粘性摩擦负载，即时，结构图如下：
其中转矩系数
4)忽略电枢电感但需要计入粘性摩擦负载时动态结构图如下：
由上图可得直流电动机的传递函数：
以上四种的讨论都是就恒定磁场他励直流电动机而言，而永磁直流电动机只不过是用永久磁铁代替了恒定他励电动机达到励磁绕组，故两者具有相同的等效电路，如下图：
当永磁电动机用于伺服系统时，常常要考虑带有粘性负载的情况。此时，用下列诸式描述起其动态过程：
----------------------------------------------①
------------------------------------------------------②
---------------------------------------③
由①、②可得： ----------------------------------④
令为电动机的电气机械时间常数，为电动机的电气时间常数，由③、④式可得：⑤
式④、⑤分别是以电枢电流和电枢电压为输入，以角速度ω为输出时，永
磁电动机的传递函数，这两种表达式可根据组成控制系统时的具体情况来选用，通常把永磁直流电动机作为电流变换装置，选取式④较好，因为相对于式⑤，式④只有一个极点。
显然，若忽略不计粘性摩擦负载，则KL=0，此时，永磁电动机的传递函数式⑤与前描述式相同，若电枢电感也可忽略不计，则式⑤与前述式相同。
本设计中电动机部分的数据采集和计算
已知：电动机部分[9，10]：电动机电枢端电压 =220V，电动机的电枢电流 =0.35A，电枢电路电阻 =Ω，转速n=1600r/min,额定功率=185w，电枢电路电感=，极对数p=2，电磁转矩M=,角速度ω=1600*2π/60=s,频率W=50HZ；励磁部分：励磁电压=220V，励磁电流=,励磁电路电阻=Ω,励磁电路电感=。转动惯量J=0.0146kg.m*m。
经计算：=
=
所以得出结论：
电动机磁场恒定时，
=
(2) 略去电枢电感时，
=
（4）忽略电枢电感但需要计入粘性摩擦负载时
=
其中，是由负载决定的。
微机原理及应用B 课程设计任务书 2010－2011学年第 2学期第 19 周－ 19 周 题目直流电机控制 内容及要求 内容：设计一直流电机控制系统，实现对电机的正转，反转和速度控制 要求：1、用proteus画出原理图； 2、用c语言或汇编编写程序； 3、实现对电机的正转，反转和速度控制 进度安排 1、方案论证 0.5天 2、分析、设计、调试、运行 4天 3、检查、整理、写设计报告、小结 0.5天 学生姓名：5组（组长：25盛夏；组员：23彭亚彬，24阮水盛，26陶志鹏）指导时间2011年6月27日至2011年7月1日指导地点：F 楼 613室任务下达2011年6月 27日任务完成2011 年7 月 1日 考核方式 1.评阅 2.答辩 3. 实际操作□ 4.其它□ 指导教师郭亮系（部）主任 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
目录 摘要 (3) Abstract (4) 一、概述 (5) 二、直流电机硬件电路设计及描述 (6) 2.1直流电机的结构 (6) 2.2直流电机的工作原理 (6) 2.3电磁关系 (7) 2.4直流电机主要技术参数 (7) 2.5直流电机的类型 (8) 2.6直流电机的特点 (8) 三、直流电机硬件电路设计及描述 (8) 3.1 总体方案设计 (8) 3.1.1 设计思路 (8) 3.1.2设计原理图 (10) 3.2设计原理及其实现方法 (10) 3.2.1速度调节的实现 (10) 3.2.2 转向的控制 (11) 四、流程图 (12) 五、.程序代码（C语言） (13) 六、程序代码（汇编语言） (18) 七、收获、体会和建议 (24) 附录 (25) 1. 本设计所需要芯片以及作用 (25) 2.主要参考文献 (26)
实验一直流电动机起动实验 一、实验目的理解直流电机的工作原理，测试直流电动及直接起动的波形。说明负载转矩、转速、电流、电磁转矩之间为何具有相应的对应关系。 二、实验的主要内容 仿真一台直流并励电动机的起动过程。电动机参数为: PN =17kW, U N = 220V, n0= 3000r/min,电枢回路电阻R a =0. 0870，电枢电感La =0. 0032H，励磁回路电阻R F=181.50,电机转动惯量J=0.76 kg ?m2。 三、实验的基本原理直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电磁转矩称为起动转矩。一般情况下，在额定电压下直接起动时，起动电流可达电枢电流额定值的10~20倍，起动转矩也能达到额定转矩的10~20倍，这样的起动电流是换向所不允许的，而且过大的起动转矩会使电动机和它所拖动的生产机械遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机械和生产机械。由此可见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、枢电阻大以及转动惯量又比较小，可以直接起动以外，一般的直流电动机是不允许采用直接起动的。 四、实验步骤 1) 建立并激电动机的仿真模型:直流电动机DCmotor 的电枢和励磁并联后由直流电源DC 供电，用Step 模块给定电动机的负载转矩，在DCmotor 的m 端连接了Demux 模块,将m 端输出的4 个信号分为4 路，以便通过示波器Scope 观察，m 端输出的转速单位为rad/s,这里使用了一个放大器(Gain), 将rad/s 转换为习惯的r/min,变换系数为:k=60/2 π =9.55。 2) 计算电动机参数: 励磁电流 励磁电感在恒定磁场控制时可取“ 0” 电枢电阻 R a =0.0870 电枢电感估算
《电力拖动技术课程设计》报告书 直流电动机调速设计 专业：电气自动化 学生姓名： 班级： 09电气自动化大专 指导老师： 提交日期： 2012 年 3 月
前言 在电机的发展史上，直流电动机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门子、格拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电机的发展和生存作出了极其巨大的贡献，这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发明大王爱迪生却只对直流电机感兴趣，现而今直流电机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部分，因而有必要说明对直流电机的研究很有必要。 早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工效率。
摘要 本次课程设计直流电机可逆调速系统利用的是双闭环调速系统，因其具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流。本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及系统中一些参数的计算。 关键词：双闭环，可逆调速，参数计算，调速器。
目录 1. 设计概述 (1) 1.1 设计意义及要求 (1) 1.2 方案分析 (1) 1.2.1 可逆调速方案 (1) 1.2.2 控制方案的选择 (2) 2.系统组成及原理 (4) 3.1设计主电路图 (7) 3.2系统主电路设计 (8) 3.3 保护电路设计 (8) 3.3.1 过电压保护设计 (8) 3.3.2 过电流保护设计 (9) 3.4 转速、电流调节器的设计 (9) 3.4.1电流调节器 (10) 3.4.2 转速调节器 (10) 3.5 检测电路设计 (11) 3.5.1 电流检测电路 (11) 3.5.2 转速检测电路 (11) 3.6 触发电路设计 (12) 4. 主要参数计算 (14) 4.1 变压器参数计算 (14) 4.2 电抗器参数计算 (14) 4.3 晶闸管参数 (14) 5设计心得 (15) 6参考文献 (16)
直流电动机可逆调速系统设计 1.设计概述 1.1设计意义及要求 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。本次设计最终的要求是能够是电机工作在电动和制动状态，并且能够对电机进行调速，通过一定的设计，对整个电路的各个器件参数进行一定的计算，由此得到各个器件的性质特性。 1.2 方案分析 1.2.1 可逆调速方案 使电机能够四象限运行的方法有很多，可以改变直流电机电枢两端电压的方向，可以改变直流电机励磁电流的方向等等，即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。 电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小，适用于被控电机容量很小的情况，励磁电路中需要串接很大的电感，调速时，电机响应速度较慢，且需要设计很复杂的电路，故在设计中不采用这种方式。 电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下，且控制电路相对简单，电枢反接反向过程很快，在实际应用中常常采用，本设计中采用该方法。 电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式，两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动，可以做到互不干扰。 图1-1 两组晶闸管反并联示意图
物理八年级人教新课标实 验安装直流电动机模型 Prepared on 22 November 2020
实验报告 实验：安装直流电动机模型 初三( )班姓名：_____________ 座号：_______ _____年___月___日 实验目的：1.安装直流电动机模型。 2.研究直流电动机的转动方向和转速。 实验器材：直流电动机模型(散件)，干电池组、滑动变阻器、开关、导线若干。 实验步骤：1.安装直流电动机模型。 2.画出直流电动机模型与变阻器、电源、开关、组成的串联电路 图。 3.按电路图连接电路。 4.经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器至合适位置，观察电动机线圈转动情况。 5.按下表进行实验，结论填入表中。 源电压，否则容易把电 动机模型烧坏。
2.为了使线圈在转动到平衡位置时，适时地改变线圈中电流方向，必须十分注意通电线圈 和换向器安装是否符合要求，应该使换向器两个铜质半环的绝缘处（断开处）的边线与线圈平面垂直。 3.电刷和换向器安装的松紧要适当，太松会接触不良形成开路，太紧会使电刷与铜质半环 间摩擦过大妨碍线圈的转动。 4.若接通电源后，电动机模型不转动，则可能有以下故障： ①滑动变阻器的连入阻值过大。②电刷与换向器间接触不良。③线圈正好处于平衡位置。 ④电磁铁没有磁性（或磁体没有放置好，磁场较弱）⑤电路的其它部分开路。☆） 实验报告 实验：安装直流电动机模型 初三( )班姓名：_____________ 座号：_______ _____年___月___日 实验目的：1.安装直流电动机模型。 2.研究直流电动机的转动方向和转速。 实验器材：直流电动机模型(散件)，干电池组、滑动变阻器、开关、导线若干。 实验步骤：1.安装直流电动机模型。 2.画出直流电动机模型与变阻器、电源、开关、组成的串联电路 图。 3.按电路图连接电路。 4.经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器至合适位置，观察电动机线圈转动情况。 5.按下表进行实验，结论填入表中。
专业资料 电机简要学习手册 2015-2-3
一、直流电机原理与控制方法 1直流电机简介 直流电机（DM）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能 （直流发电机）的旋转电机。 它是能实现直流电能和机械 能互相转换的电机。当它作电 动机运行时是直流电动机，将 电能转换为机械能；作发电机 运行时是直流发电机，将机械 能转换为电能。 直流电机由转子（电枢）、定子（励磁绕组或者永磁体）、换向器、电刷等部分构成，以其良好的调速性能以至于在矢量控制出现以前基本占据了电机控制领域的整座江山。但随着交流电机控制技术的发展，直流电机的弊端也逐渐显现，在很多领域都逐渐被交流电机所取代。但如今直流电机仍然占据着不可忽视的地位，广泛用于对调速要求较高的生产机械上，如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械，龙门刨床等等，所以对直流电机的了解和研究仍然意义重大。 2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构
如下图，是直流电机结构图，电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用，产生转矩。定子按照励磁可分为直励，他励，复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角，称为电枢反应，通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理 如图所示给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和 cd收到电磁力的作用， 其方向可由左手定则判 定，两段导体受到的力 形成了一个转矩，使得 转子逆时针转动。如果 转子转到如上图（b）所 示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。 此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定
目录 1．直流电动机简介 (1) 2．直流电动机的相关内容 (1) 3．直流电动机调速简介 (4) 4．他厉直流电动机的调速方法 (6) 5．设计内容 (10) 6．结论 (12) 7．参考文献 (13) 8．致谢 (14) 9．设计感想 (15)
直流电动机调速设计 一. 直流电动机 直流电动机是人类最早发明和应用的电机。与交流电机相比，直流电机因结构复杂，维护困难，价格较贵等缺点制约了它的发展，但是由于直流电动机具有优良的起动，调速和制动性能，因此在工业领域中占有一席之地。它是实现了电能转换成机械能的电机。 二.有关内容： 〈一〉直流电动机的分类 1、他励直流电动机 2、并励直流电动机 3、串励直流电动机 4、复励直流电动机 〈二〉直流电动机用途 直流电动机具有优良的调速性能，调速范围宽，精度高，平滑性好，且调节方便，还具有较高的过载能力和优良的起动、制动性能，因此直流电动机特别适合于要求宽度调速范围的电气传动和有特殊性能要求的自动控制系统，例如：轧钢机、电力机、城市电车等。 直流电机与交流电机相比，其主要的缺点是换向问题。它限制了直流电机的最大容量，增加了运行维护工作量，也导致其制造成本较高。但目前仍有不少场合使用直流电动机。
〈三〉直流电动机的结构 图1 直流电机装配结构图 1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极 6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心 直流电动机主要由磁极，电枢，换向器三部分组成。 （1）磁极是电动机中产生磁场的装置，它分为极心和极掌两部分。极心上放置励磁绕组，极掌的作用是使电动机空隙中磁感应强度得分布最为合适，并用来挡住励磁绕组；磁极是用钢片叠成的，固定在机座上；机座也是磁路的一部分。机座常用铸钢制成。 （2）电枢。电枢是电动机中产生感应电动势的部分。直流电动机的电枢是旋转的，电枢铁心成圆柱状，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放有电枢绕组。（3）换向器。换向器是直流电动机的一种特殊装置，主要有许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片。在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组可以同外电路连接。换向器是直流电动机的结构特征，易于识别。
实验二直流并励电动机 一.实验目的 1.掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2.掌握直流并励电动机的调速方法。 二.预习要点 1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 2.直流电动机调速原理是什么？ 三.实验项目 1.工作特性和机械特性 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、n=f(I a)及n=f(T2)。 2.调速特性 (1)改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f(Ua)。 (2)改变励磁电流调速 保持U=U N，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(I f)。 (3)观察能耗制动过程 四．实验设备及仪器 1．NMEL系列电机教学实验台的主控制屏。 2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13）。 3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表） 4．直流电压、毫安、安培表（NMEL-06）。 5．直流并励电动机。M03 (U N=220v，I N=1.1A，n N=1600) 6．波形测试及开关板（NMEL-05）。 7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。 五．实验方法 1．并励电动机的工作特性和机械特性。 实验线路如图1-6所示 U1：可调直流稳压电源 R1、R f：电枢调节电阻和磁场调节电阻， 位于NMEL-09。
电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。 b．直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻R f和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=U N=220V，Ia=I N，n=n N=1600r/min，此时直流电机的励磁电流I f=I fN（额定励磁电流）。 c．保持U=U N，I f=I fN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流I a、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。表U＝U N＝221V I f=I fN=56.1mA I f2=1.1 A
直流电动机设计方案 第1章前沿 1.1 课题研究的背景及意义 直流电动机以其良好的起动、制动性能，较宽范围内平滑调速的优点，在许多调速要求较高、要求快速正反向、以蓄电池为电源的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，虽然高性能交流调速技术得到了很快的发展，在某些领域交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流调速系统系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在应用，比如轧钢机、电气机车等都还有用直流电机；而且从控制规律的角度来看，交流拖动控制系统的控制方式是建立在直流拖动控制系统的基础之上的，从某种意义上说有相似的地方。因此，掌握和了解直流拖动控制系统的控制规律和方法是非常必要的。 从生产机械的要求的角度看，电力拖动控制系统分为调速系统、伺服系统、多电动机同步控制系统、张力控制系统等多种类型。而各种系统大多都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是电力拖动控制系统最基本的系统[1]。 从直流电机在国民生产生活中所占位置的角度来看，直流电机目前依旧应用于工业生产中，并广泛应用于人们的生活中。因此直流电机的控制技术的发展很大程度上影响着国民经济的增长，影响着人们的生产生活水平，因此，对直流电机调速系统的研究还是很有必要的。 1.2 课题发展历程及趋势 在很长的一段时间里直流电动机作为最主要的电力拖动工具，其应用已经渗透到人们的工作、学习、生活的各个方面。早期电动机调速控制器主要由模拟器件构成，由于模拟器件存在的固有缺点，比如存在温漂，零漂电压等，使系统控制精度和可靠性降低。后来，随着可编程控制器比如AT89C51，PLC等和IGBT、GTR等电力电子开关器件，传感器技术等的发展使得直流电机调速系统进入了数字控制的阶段，这使得直流电机调速系
煤炭工程学院课程设计 题目：直流电动机转速控制系统 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 日期：
摘要 当今社会，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。 电机在各行各业发挥着重要的作用,而电机转速是电机重要的性能指标之一,因而测量电机的转速和电机的调速,使它满足人们的各种需要,更显得重要，而且随着科技的发展,PWM调速成为电机调速的新方式。 随着数字技术的迅速发展，微控制器在社会的各个领域得到了广泛的应用，由于数字系统有着模拟系统所没有的优势，如抗干扰性强、便于和PC机相联、系统易于升级维护。 本设计是以单片机AT89S52和L298控制的直流电机脉宽调制调速系统。利用AT89S52芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。系统实现对电机的正转、反转、急停、加速、减速的控制，以及PWM的占空比在LCD上的实时显示。 关键词：直流电机；AT89S52；PWM调速；L298
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 直流电动机调速系统设计 初始条件： 采用MC787组成触发系统，对三相全控桥式整流电路进行触发，通过改变直流电动机电压来调节转速。 要求完成的主要任务: （1）设计出三相全控桥式整流电路拓扑结构； （2）设计出触发系统和功率放大电路； （3）采用开环控制、转速单闭环控制、转速外环+电流内环控制。 (4) 器件选择：晶闸管选择、晶闸管串联、并联参数选择、平波和均衡电抗 器选择、晶闸管保护设计 参考文献： [1] 周渊深.《电力电子技术与MATLAB仿真》.北京：中国电力出版社， 2005:41-49、105-114 时间安排： 2011年12月5日至2011年12月14日，历时一周半，具体进度安排见下表 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 1概述 0 2转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 0 2.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成 0 2.2 稳态结构框图和静特性 (1) 3双闭环直流调速系统的数学模型与动态过程分析 (2) 3.1双闭环直流调速系统的动态数学模型 (2) 3.2双闭环直流调速系统的动态过程分析 (3) 4转速电流双闭环直流调速系统调节器的工程设计 (5) 4.1转速和电流两个调节器的作用 (5) 4.2调节器的工程设计方法 (5) 4.2.1设计的基本思路 (6) 4.3 触发电路及晶闸管整流保护电路设计 (6) 4.3.1触发电路 (6) 4.3.2整流保护电路 (7) 4.3.2.1 过电压保护和du/dt限制 (7) 4.3.2.2 过电流保护和di/dt限制 (8) 4.4 器件选择与计算 (8) 5心得体会 (13) 参考文献 (14) 附录：电路原理图 (15)
专业课程设计 题目三 直流电动机测速系统设计 院系： 专业班级： 小组成员： 指导教师： 日期：
前言 1.题目要求 设计题目：直流电动机测速系统设计 描述：利用单片机设计直流电机测速系统 具体要求：8051单片机作为主控制器、利用红外光传感器设计转速测量、检测直流电机速度，并显示。 元件：STC89C52、晶振（12MHz ）、小按键、ST151、数码管以及电阻电容等 2.组内分工 （1）负责软件及仿真调试：主要由完成 （2）负责电路焊接： 主要由完成 （3）撰写报告：主要由完成 3.总体设计方案 总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示: 单片机 PWM 电机驱动 数码管显示 按键控制
一、转速测量方法 转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。按照不同的理论方法,先后产生过模拟测速法(如离心式转速表) 、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪) 以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。本文介绍的采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。 对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种： ①测频率法:在一定时间间隔t 内,计数被测信号的重复变化次数N ,则被测信号的频率fx 可表示为 f x =Nt(1) ②测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0 ,则被测信号频率fx = fc/ m0 ,其中, fc 为时钟脉冲信号频率。 ③多周期测频法:在被测信号m1 个周期内, 计数时钟脉冲数m2 ,从而得到被测信号频率fx ,则fx 可以表示为fx =m1 fcm2, m1 由测量准确度确定。 电子式定时计数法测量频率时, 其测量准确度主要由两项误差来决定: 一项是时基误差; 另一项是量化±1 误差。当时基误差小于量化±1 误差一个或两个数量级时,这时测量准确度主要由量化±1 误差来确定。对于测频率法,测量相对误差为： Er1 =测量误差值实际测量值×100 % =1N×100 % (2) 由此可见,被测信号频率越高, N 越大, Er1 就越小,所以测频率法适用于高频信号( 高转速信号) 的测量。对于测周期法,测量相对误差为： Er2 =测量误差值实际测量值×100 % =1m0×100 % (3) 对于给定的时钟脉冲fc , 当被测信号频率越低时,m0 越大, Er2 就越小,所以测周期法适用于低频信号( 低转速信号) 的测量。对于多周期测频法,测量相对误差为： Er3 =测量误差值实际测量值100%=1m2×100 % (4) 从上式可知,被测脉冲信号周期数m1 越大, m2 就越大,则测量精度就越高。
初中物理直流电动机实验 初中物理直流电动机实验 观察与思考 1．试总结使直流电动机转向和转速改变的因素. 2．试推想交流电动机的工作原理。 3．玩具小汽车，坦克等车辆能向前后两个方向运动，而车轮的转动由车内的电动机带动，问汽车、坦克等车辆怎样改变运动方向的？ 实验结论 1.通过增大电流、增强磁场，可以使电动机的转速变快。即改变电流大小、改变磁场的强弱可以改变电动机的转动速度； 2. 只要改变电流的方向或磁场的方向中的一个，就可以改变电动机转动的方向。 实验考点 这个实验所涉及的内容，往往考查电动机的转动速度与哪些因素有关，转动的方向与哪些因素有关，以及电动机的原理，往往以探究题、填空题等形式出现。 经典考题 1. 科学家通过长期研究，发现了电和磁的联系，其中最重要的两种研究如上图所示。 （1）甲图是研究_________现象的装置，根据这一现象制了
________机。 （2）乙图是研究_____________的装置，根据这一现象制成了_________机。 3. 在安装直流电动机模型的实验中，安装完毕后闭合开关，线圈沿顺时针方向转动，要想使线圈沿逆时针方向转动，正确的做法是（） A. 减少一节电池 B. 调换磁性更强的磁铁 C. 把电源正、负极和磁铁南、北极同时对调 D. 把电源正、负极对调或磁铁南、北极对调 观察与思考答案 1. 电流的方向,磁铁磁极的方向能改变电动机的转向,电流的强弱、磁场的强弱、线圈的特性能改变转速。 2. 交流电动机采用交流电源，利用电流方向的改变使线圈在磁场中受力方向改变，从而维持线圈的不断转动。 3. 当电流方向发生改变时，电动机的转向随之发生改变，进而使车轮也反向转动，达到向前后两个方向运动的目的。 经典考题答案 1.要明确电动机的原理和发电机的原理，这两个实验比较相似，是同学们容易混淆的两个知识点。发电机的原理图中没有电源而有电流表，电动机的图中有电源，没有电流表。
电机简要学习手册 2015-2-3
一、直流电机原理与控制方法 1直流电机简介 直流电机（DM）是指能将 直流电能转换成机械能（直流 电动机）或将机械能转换成直 流电能（直流发电机）的旋转 电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。 直流电机由转子（电枢）、定子（励磁绕组或者永磁体）、换向器、电刷等部分构成，以其良好的调速性能以至于在矢量控制出现以前基本占据了电机控制领域的整座江山。但随着交流电机控制技术的发展，直流电机的弊端也逐渐显现，在很多领域都逐渐被交流电机所取代。但如今直流电机仍然占据着不可忽视的地位，广泛用于对调速要求较高的生产机械上，如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械，龙门刨床等等，所以对直流电机的了解和研究仍然意义重大。
2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构 如下图，是直流电机结构图，电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用，产生转矩。定子按照励磁可分为直励，他励，复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角，称为电枢反应，通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理 如图所示给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和 cd收到电磁力的作用， 其方向可由左手定则判 定，两段导体受到的力 形成了一个转矩，使得 转子逆时针转动。如果 转子转到如上图（b）所
示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。 此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。 发电机的原理则是电机的逆过程：原动机提供转矩，利用法拉第电磁感应产生直流电流。 如下图，比较清晰的说明了直流电动机的原理。 3直流电机重要特性 如下图，更加清晰的揭示了直流电机电流电压与转速转矩之间的关系。 我们可以得到直流电机的四个基本方程：
第一章：概述 直流电动机是人类发明最早和应用的一种电机。与交流电机相比，直流电机因结构复、维护苦难，价格昂贵等缺点制约了它的发展，应用不及交流电机广泛。但由于直流电动机具有优良的启动、调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。 转速调节的主要技术指标是：调速范围D和负载变化时对转速的影响即静差率，以及调速时的允许负载性质等（静差率就是表示在负载变化时拖动装置转速降落的程度。静差率越小，表示转速稳定性越好，对生产机械，如机床加工的零件，其加工的精度及表面光洁度就越高）。而直流电动机的突出优点是恰好是能在很大的范围内具有平滑，平稳的调速性能，过载能力较强，热动和制动转矩较大。 因此，从可靠性来看，直流电动机仍有一定的优势。 调节直流电动机转速的方法有三种： （１）电枢回路串电阻； （２）改变励磁电流； （３）改变电枢回路的电源电压； 而本文从另一个角度来阐述直流电机的速度控制，即利用自动控制中的反馈来调节电机的平稳运行以达到各项性能指标。
第二章：系统数学模型 本系统的简化方框图为： 其对应的原理图为： 控制系统的被控对象为电动机（带负载），系统的输出量是转速w ，参数亮是Ui 。控制系统由给定电位器、运算放大器1（含比较作用）、运算放大器2（含RC 校正网络）、功率放大器、测速发电机、减速器等部分组成。 工作原理为：当负载角速度ω和电动机角速度m ω一致的时候，反馈电压为0，电机处于平衡状态即电动机运行稳定。当负载的角速度收到干扰的作用时，ω和m ω失谐，控制系 统通过反馈电压的作用来改变m ω直到达到新的一致使系统恢复稳定，电机稳定运行。
2.1直流电动机的数学模型： 直流电动机的数学模型。直流电动机可以在较宽的速度范围和负载范围内得到连续和准确地控制，因此在控制工程中应用非常广泛。直流电动机产生的力矩与磁通和电枢电流成正比，通过改变电枢电流或改变激磁电流都可以对电流电机的力矩和转速进行控制。图2.2是一个电枢控制式直流电动机的原理图。在这种控制方式中，激磁电流恒定，控制电压加在电枢上，这是一种普遍采用的控制方式。 设为输入的控制电压 电枢电流 为电机产生的主动力矩 为电机轴的角速度 为电机的电感 为电枢导数的电阻 为电枢转动中产生的反电势 为电机和负载的转动惯量 根据电路的克希霍夫定理 (2-1) 电机的主动转矩 (2-2) 其中为电机的力矩常数。 反电势 (2-3) 式中为电机反电势比例系数 力矩平衡方程
目录 一、设计目的 二、设计任务和要求 三、设计原理分析 四、硬件资源及原理 五、硬件图 六、程序框图 七、程序 八、调试运行 九、仿真截图 十、设计心得体会
一、设计目的 1、通过单片机课程设计，熟练掌握C语言的编程方法，将理论联系到实践中，提高我们的动脑和动手的能力。 2、通过对单片机控制直流电动机控制系统的设计，掌握A/D转换、D/A转换的有关原理，加深对PWM波的理解和使用，同时对单片机的使用更加熟练，通过对简单程序的编写提高我们的逻辑抽象能力。 二、设计任务和要求 任务：采用单片机设计一个控制直流电动机并测量转速的装置。 要求: 1、通过改变A/D输入端的可变电阻来改变A/D输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电机的转速。 2、手动控制。在键盘上设置两个按键——直流电动机加速键和直流电机减速键。在手动状态下，每按一次键，电机的转速按照约定的速率改变。 3、键盘列扫描(4*6)。 三、设计原理分析 1. 设计思路 本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。系统主电路采用大功率GTR 为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构。PWM调制部分是在单片机开发平台之上，运用汇编语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间，以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性，使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。设计以AT89C51单片机为核心，以键盘作为输入达到控制直流电机的启停、速度和方向，完成了基本要求和发挥部分的要求。在设计中，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。本文介绍了直流电机的工作原理和数学模型、脉宽调制控制原理和H桥电路基本原理设计了驱动电路的总体结构，根据模型，利用PROTEUS软件对各个子电路及整体电路进行了仿真，确保设计的电路能够满足性能指标要求，并给出了仿真结果。 2、基本原理 主体电路：即直流电机PWM控制模块。PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。这部分电路主要由80C51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读
实验八直流并励电动机 一.实验目的 1.掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2.掌握直流并励电动机的调速方法。 二.实验方法 1．并励电动机的工作特性和机械特性。 表1-8 U=U N=220V I f=I fN= 80.8 mA 2．调速特性 （1）改变电枢端电压的调速 （2）改变励磁电流的调速 三．实验报告 1.由表1-8计算出P2和η，并绘出n、T2、η=f(I a)及n=f(T2)的特性曲线。
图1 n=f(I a)特性曲线图2 T2=f(I a)特性曲线 图3 η=f(I a)特性曲线图4 n=f(T2)特性曲线 2.绘出并励电动机调速特性曲线n=f(U a)和n=f(I f)。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。 图5 特性曲线n=f(U a)图6 特性曲线n=f(I f) 在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点： 改变电枢端电压的调速是在额定转速以下调节转速的方法，电压Ua越小，转速n越小。优点：（1）可实现平滑的无级调速；（2）相对稳定性较好；（3）调速经济性较好；（4）调速范围大。 缺点：需要专用的可调压直流电源。 改变励磁电流的调速是在额定转速以上调节转速的方法，励磁电流If减小，磁通Φ变小，转速n升高。 优点：（1）可实现无级调速；（2）稳定性好；（3）调速经济性较好；（4）控制方便，能量损耗小。 缺点：受电动机机械强度和换向火花的限制，转速不能太高，调速范围不大。
四．思考题 1.并励电动机的速率特性n=f(I a)为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？ 答：根据并励电动机的速率特性公式，若忽略电枢反应，当电枢回路电流I a增加时，转速n下降；若考虑电枢反应的去磁效应，磁通Φ下降可能引起转速n的上升，即出现上翘现象。这样的变化与电枢回路电流I a增大引起的转速n降低抵消，使电动机的转速n变化很小。 2.当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低？ 答：由直流电动机机械特性的表达式可知，转速n与电枢电压Ua成正比、与磁通量Φ成反比，所以减小电压时，转速n下降。 3.当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？ 答：由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比，所以励磁电流I f减小时，主磁通也随着减小。由机械特性的表达式可知，当磁通Φ减小时，转速n升高。 4.并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞速”？为什么？ 答：不一定。因为当电动机负载较轻时，电动机的转速将迅速上升直至超过允许值，造成“飞车”；但若电动机的负载为重载时，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电动机转速减小，但电枢电流将飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，烧毁电枢绕组。
直流无刷电动机工作原 理控制方法 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
直流无刷电动机工作原理与控制方法 序言 由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。 一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。 针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。上世纪70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均为直流无刷电动机的广泛应 用奠定了坚实的基础。 三相直流无刷电动机的基本组成 直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,…）组成。图1所示为三相两极直流无刷电机结构， 图1 三相两极直流无刷电机组成 三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结，A、B、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。位 置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联结。
直流电动机转速控制 王文玺 （北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京） 摘要：通过对直流电动机控制系统的建模，再利用Matlab对建模后的系统进行分析，来加深对自动控制系统的理解。找到系统的输入、输出，理清经历各环节前后的信号变化，找出系统传递函数。 关键词：直流电动机、Matlab、建模、传递函数 1、直流电动机动态数学模型建立 1.1直流电机数字PID闭环速度控制，系统实现无静差控制。 这是一个完整的带PID算法的直流电动机控制系统。目标值为给定的期望值，期望值与被测输出结果形成的反馈做比较，得到误差信号。误差信号经过PID控制环节得到控制信号。继而经历驱动环节得到操作量，驱动量作用与对象即电动机然后得到输出信号即转速。转速通过传感器得到反馈信号。 1.2PID控制环节 1.3被控对象（直流电动机）的统一数学模型 信号类型一次为，输入信号为电压，然后电流、电流、转矩、转速，反馈信号为电压。
各环节的比例函数为： 1.3.1额定励磁条件下，直流电机的电压平衡关系： （Ud为外加电压，E 为感应电势，R a为电枢电阻 ，La为电枢电感，i a为电枢电流。） 拉氏变换后： （ra—L ／R ，为电枢时间常数） 1.3.2直流电机的转矩平衡关系及拉氏变换： （Te 为电磁转矩，Tl 为负载转矩，B为 阻尼系数，J 为转动惯量，w为电机机 械转速，rm=J／B，为机械时间常数） 1.3.3电动机传递函数 可见直流电动机本身就是一个闭环系统，假设电机工作在空载状态，且机械时间常数远大于电枢时间常数，则电机传递函数可近似为： 1.4具体实例 电枢控制直流电动机拖动惯性负载的原理图，涉及的参数有：电压U为输入，转速为输出，R、L为电枢回路电阻、电感，K 是电动机转矩系数，K 是反电动势系数，K 是电动机和负载折合到电动机轴上的黏性摩擦系数，．厂是电动机和负载折合到电动机轴上的转动惯量。已知：R一2．0 Q，L：==0．5 H ，K = Kb一0．015，Kf一0．2 Nms，J— o．02kg．m 。 ( 取电压U为输入，转速叫为输出，由已知条件和原理图，根据直流电机的运动方程可以求出电动机系统的数学模型为：
直流电动机调速设计
直流电动机调速设计 一、要点： 加深对《电机与拖动》这门学科的理解，拓展知识面，并了解直流电动机调速在实际生产中的应用。 要在设计的过程中充分利用已经掌握的《电机与拖动》的知识来解决问题，要做到理论联系实践。 通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术指标资料等，培养电机设计的基本技能。 掌握对直流电动机的三中调速方法； 掌握各种方法对直流电机调速的原理和步骤； 理解各种方法电机调速的优缺点； 培养独立思考问题和独立解决问题的能力。 二、原理： (一)、直流电动机的物理模型： 直流电动机的物理模型图 这是分析直流电机的物理模型图。 其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的) 上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。 （二）、直流电动机的工作原理
（三）、直流电动机的励磁方式： （1）定义：直流电机产生磁场的励磁绕组的接线方式称为励磁方式，实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何连接，就决定了它是什么励磁方式。 （2）分类：他励式和自励式 他励式：若励磁绕组不和电枢绕组连接，励磁绕组单独有其他电源供电的直流电机称为他励式直流电机。 自励式：分为串联式、并励式、复励式三种。 （四）、直流电动机的分类： 1、他励直流电动机； 2、并励直流电动机； 3、串励直流电动机； 4、复励直流电动机。 （五）、调速的含义： 在实际的生产过程中，很多方面都要求能改变电机的工作速度。例如金属切削机床，由于加工工件的精度要求不同，对电机工作时的速度的要求也就不同。所谓调速就是根据电力拖动系统的负载特系的特点，通过改变电动机的电源电压、电枢回路电阻或减弱磁通而改变来改变电动机的特性来人为的达到给系统调速的目的，以满足实际的工作需要的一种方法。 （六）、调速的方法有三种： 1、改变电枢电阻调速；