直流電機(jī)特性

1、第三章第三章 電機(jī)的控制電機(jī)的控制 1 1、直流電機(jī)的控制、直流電機(jī)的控制 2 2、無(wú)刷直流電機(jī)的控制、無(wú)刷直流電機(jī)的控制 3 3、交流伺服電機(jī)的控制、交流伺服電機(jī)的控制 4 4、矢量變換原理、矢量變換原理 5、直線電機(jī)和平面電機(jī)、直線電機(jī)和平面電機(jī)二、原理二、原理1 1、幾個(gè)基本概念、幾個(gè)基本概念 磁感應(yīng)強(qiáng)度：磁感應(yīng)強(qiáng)度： B B表述磁場(chǎng)的大小和方向的量：表述磁場(chǎng)的大小和方向的量：（單位實(shí)驗(yàn)繞組所受的最大力矩）（單位實(shí)驗(yàn)繞組所受的最大力矩） 磁通量：磁通量： 通過(guò)一給定曲面通過(guò)一給定曲面的總磁力線數(shù)。的總磁力線數(shù)。第一部分直流電機(jī)的控制第一部分直流電機(jī)的控制F力磁場(chǎng)電流BI運(yùn)動(dòng)力磁場(chǎng)電 動(dòng)勢(shì)

2、右手定則右手定則反電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì)E=vBL磁場(chǎng)強(qiáng)度：磁場(chǎng)強(qiáng)度：H H H H = =B B / / ：介質(zhì)的磁導(dǎo)率（與介質(zhì)相關(guān)的常數(shù)）介質(zhì)的磁導(dǎo)率（與介質(zhì)相關(guān)的常數(shù)） 自感電動(dòng)勢(shì)：自感電動(dòng)勢(shì)：由于導(dǎo)體本身電流的變化引起繞組磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)由于導(dǎo)體本身電流的變化引起繞組磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：電動(dòng)勢(shì)： = -= -L L d dI I/ /d dt t互感電動(dòng)勢(shì)：互感電動(dòng)勢(shì)：由于其他導(dǎo)體電流的變化引起通過(guò)本繞組磁通量的變化而產(chǎn)生由于其他導(dǎo)體電流的變化引起通過(guò)本繞組磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： 1212= -= -M M d dI I2 2/ /d dt t，21

3、21= -= -M M d dI I1 1/ /d dt t 左手定則左手定則磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力：磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力： df =I dL B對(duì)于恒定磁場(chǎng)和繞組：對(duì)于恒定磁場(chǎng)和繞組： F=BIL右旋鉆定則右旋鉆定則I_- B-F第一部分直流電機(jī)的控制第一部分直流電機(jī)的控制一、直流電機(jī)用于控制電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：一、直流電機(jī)用于控制電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1 1、轉(zhuǎn)矩可以十分簡(jiǎn)單地計(jì)算，系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分、轉(zhuǎn)矩可以十分簡(jiǎn)單地計(jì)算，系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單；簡(jiǎn)單； 2 2、響應(yīng)高，適應(yīng)大的角加速度、響應(yīng)高，適應(yīng)大的角加速度 ；3 3、瞬時(shí)力矩大：永久磁鐵的勵(lì)磁在轉(zhuǎn)子大電、瞬時(shí)力矩大：永久磁鐵的勵(lì)磁在轉(zhuǎn)子大電流通過(guò)時(shí)也不產(chǎn)生畸

4、變。流通過(guò)時(shí)也不產(chǎn)生畸變。 直流電機(jī)的原理簡(jiǎn)圖SNdTrsqsBcFcrBIIFFB2 2、運(yùn)動(dòng)原理、運(yùn)動(dòng)原理 第一部分直流電機(jī)的控制第一部分直流電機(jī)的控制N弧極區(qū)弧極區(qū)S弧極區(qū)弧極區(qū)+.中性區(qū)有刷直流電機(jī)直流電機(jī)的繞組的磁力線和電流示意圖 控制時(shí)，需要控制時(shí)，需要靠整流子將電靠整流子將電樞繞組的導(dǎo)線樞繞組的導(dǎo)線電流的流動(dòng)變電流的流動(dòng)變成上述分布的。成上述分布的。按照上述電磁理論可得：按照上述電磁理論可得： 電機(jī)轉(zhuǎn)矩：電機(jī)轉(zhuǎn)矩： T=ZRBLI=KT Ia 反電動(dòng)勢(shì)：反電動(dòng)勢(shì)： E=vBLZ/2=Ke 第一部分直流電機(jī)的控制第一部分直流電機(jī)的控制3 3、等效電路圖、等效電路圖 RaIaE=Ke

5、V電壓方程：電壓方程：V=RaIa+Ke轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)矩：T=KT Ia=KT /Ra(V-Ke)E=vBLZ / 2第一部分直流電機(jī)的控制第一部分直流電機(jī)的控制整流子（換向片）整流子（換向片）絕緣體繞組電刷短路繞組應(yīng)處于短路繞組應(yīng)處于無(wú)磁通區(qū)（中性無(wú)磁通區(qū)（中性區(qū)），免受感應(yīng)區(qū)），免受感應(yīng)電動(dòng)式。電動(dòng)式。4、控制與結(jié)構(gòu)圖、控制與結(jié)構(gòu)圖 5、直流電機(jī)的動(dòng)特性、直流電機(jī)的動(dòng)特性考慮轉(zhuǎn)子的慣性影響：考慮轉(zhuǎn)子的慣性影響：J d/dt考慮電感的影響：考慮電感的影響：LdIa/dt電機(jī)扭矩：電機(jī)扭矩：T =To + Jd/dt (1)電樞電壓：電樞電壓：V =Ia Ra + Ke + LdIa/dt (2)電

6、機(jī)扭矩：電機(jī)扭矩：T =Kt Ia (3)(1)(2) (3) 即可分析電機(jī)動(dòng)特性即可分析電機(jī)動(dòng)特性 6、直流電機(jī)特點(diǎn)：、直流電機(jī)特點(diǎn)：控制電磁的旋轉(zhuǎn)方向，使兩個(gè)磁場(chǎng)的力最大并能夠產(chǎn)生控制電磁的旋轉(zhuǎn)方向，使兩個(gè)磁場(chǎng)的力最大并能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。要解決的問(wèn)題：力矩的旋轉(zhuǎn)。要解決的問(wèn)題：力矩的脈動(dòng)、死點(diǎn)、發(fā)熱、損耗、脈動(dòng)、死點(diǎn)、發(fā)熱、損耗、可靠性可靠性等問(wèn)題。等問(wèn)題。從電機(jī)的結(jié)構(gòu)、材料等所有的方式。從電機(jī)的結(jié)構(gòu)、材料等所有的方式。 第一部分直流電機(jī)的控制第一部分直流電機(jī)的控制第一部分直流電機(jī)的控制第一部分直流電機(jī)的控制三、直流伺服電機(jī)的控制三、直流伺服電機(jī)的控制 1、直流電機(jī)的作為、直流電機(jī)的作為伺服電

7、機(jī)伺服電機(jī)的關(guān)鍵就是使加在電樞上的的關(guān)鍵就是使加在電樞上的電壓發(fā)生變化。即由電壓發(fā)生變化。即由V=RaIa+Ke公式得：公式得：=(V-=(V-RaIa)/Ke，改變電壓從而改變速度改變電壓從而改變速度。 直流伺服電機(jī)控制結(jié)構(gòu)圖直流伺服電機(jī)控制結(jié)構(gòu)圖 TG PGDC伺服放大器偏差計(jì)算D/A變換位置檢測(cè)位置指令速度指令電流指令速度檢測(cè)電流檢測(cè)DC電源速度指令電壓第一部分直流電機(jī)的控制第一部分直流電機(jī)的控制2 2、伺服放大器、伺服放大器 兩種放大方式：兩種放大方式： 電壓控制電壓控制 電流控制電流控制電流信號(hào)發(fā)生器PWM電流指令電流反饋Tr1Tr2Tr3Tr4電刷整流子絕緣體繞組電刷由伺服放大器供

8、電（1）電壓控制：電壓控制：晶體管線性放大工作區(qū)，小功率晶體管線性放大工作區(qū)，小功率500瓦以下；瓦以下； 晶體管開(kāi)關(guān)方式：大功率晶體管，晶體管開(kāi)關(guān)方式：大功率晶體管，PWM 電樞平均電壓：電樞平均電壓：V = E (tp - tn) / (tp+ tn)（2）電流控制：電流控制：電流控制與電壓控制僅增加了差動(dòng)放大器，電流控制與電壓控制僅增加了差動(dòng)放大器，將指令將指令值和反饋值之差放大，再變成電壓控制。值和反饋值之差放大，再變成電壓控制。第一部分直流電機(jī)的控制第一部分直流電機(jī)的控制tptn電流波形-EE電壓指令-EE電壓指令三角波三角波+-第二部分第二部分 無(wú)刷直流電機(jī)的控制無(wú)刷直流電機(jī)的控制

9、一、無(wú)刷直流電機(jī)原理一、無(wú)刷直流電機(jī)原理利用元件檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置（磁場(chǎng)的位置），控制定子繞組利用元件檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置（磁場(chǎng)的位置），控制定子繞組的通電次序。以使電磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭的通電次序。以使電磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩。矩。 位置的檢測(cè)用霍爾元件和光電元件。位置的檢測(cè)用霍爾元件和光電元件。T r1T r2T r3T r4T r5T r6UVWWVUT6T1T2T5T2T3光旋轉(zhuǎn)方向指令16WV電流的磁場(chǎng)方向電流的磁場(chǎng)方向旋 轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)方向SN通電順序：100110-100101-101001-011001-011010-010110第二部分第二部分 無(wú)刷直流電機(jī)的控制無(wú)刷直流電機(jī)的控制2、利用霍爾元件測(cè)量的控制原理、利用霍爾元件測(cè)量的控制原理 aSNbSNcSN霍爾元件霍爾元件霍爾元件W1W2V h1Vh2VhBIcVhVh1Vh2BTr2W2W1Tr1BSNW1W2SHG1HG2HG2HG1Tr1statorTr2