第3章直流伺服電動機-42頁課件

1、直流伺服電機的應(yīng)用隨動系統(tǒng)遙控和遙測系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)自動化軍事技術(shù)領(lǐng)域直流伺服電機自動控制系統(tǒng)對其基本要求： 1）可控性好，控制信號消失即停止運轉(zhuǎn)； 2）運行性能好，機械和調(diào)節(jié)特性均為線性； 3）調(diào)速范圍廣； 4）快速響應(yīng)性強； 5）體積小、重量輕、控制功率小直流電動機工作原理圖 3.1 直流電動機的工作原理 A、 B兩電刷間加直流電壓使導(dǎo)體中流入電流(N(S)極下電流方向始終不變)通電導(dǎo)體受到的電磁力的值為F=Bli電磁力對轉(zhuǎn)軸形成順時針方向的恒定轉(zhuǎn)矩（電磁轉(zhuǎn)矩）， 驅(qū)動轉(zhuǎn)子而使其旋轉(zhuǎn)。電能機械能3.2 電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩平衡方程式 3.2.1 電磁轉(zhuǎn)矩 一根導(dǎo)體產(chǎn)生的力矩取平均磁通密度轉(zhuǎn)矩系數(shù)

2、 3.2.2 電動機轉(zhuǎn)矩平衡方程式 電機穩(wěn)態(tài)運行電機轉(zhuǎn)速變化輸出轉(zhuǎn)矩阻轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩電機加速電機減速總阻轉(zhuǎn)矩3.3 直流電動機的反電勢和電壓平衡方程式 3.3.1 電樞繞組中的反電勢電樞導(dǎo)體通電便產(chǎn)生電磁力矩由左手定則可確定電磁力F的方向，亦即電機旋轉(zhuǎn)方向由右手定則可確定導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e3.3.2 電動機的電壓平衡方程式供電電壓穩(wěn)定TLTIanTLTIan供電電壓波動供電電壓穩(wěn)定時電樞回路串聯(lián)電阻啟動為何？啟動電流過大！隨轉(zhuǎn)速上升，需逐級切除串聯(lián)電阻！3.4.2 直流電動機的啟動方法大功率直接啟動小功率3.4 直流電動機的使用 3.4.3 電動機的調(diào)速方法 改變電機端電壓Ua在電樞

3、回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rtj改變勵磁調(diào)節(jié)電阻RfjUa-nUa-nRtj -nRtj -nRfj- nRfj-n只能使勵磁電流減小， 所以只能將轉(zhuǎn)速調(diào)高 3.4.4 改變電動機轉(zhuǎn)向的方法 改變磁通的方向改變電樞電流的方向改變磁通和電樞電流的方向 3.4.5 使用中必須注意的問題 1. 啟動時要使勵磁磁通最大（為獲得最大的啟動轉(zhuǎn)矩）2. 切勿使勵磁回路斷開啟動電路正確接法啟動電路錯誤接法帶負(fù)載空載將產(chǎn)生很大的堵轉(zhuǎn)電流將產(chǎn)生飛車事故3.5 直流伺服電動機 3.5.1 直流伺服電動機的分類 永磁式電磁式直流伺服電動機他勵勵磁方式并勵勵磁方式串勵勵磁方式復(fù)勵勵磁方式 3.5.1 直流伺服電動機的結(jié)構(gòu) 直流

4、測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)相同 3.6 直流伺服電動機的穩(wěn)態(tài)特性 3.6.1 機械特性 表征電動機在電樞電壓Ua不變時， 轉(zhuǎn)速隨負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩(或電磁轉(zhuǎn)矩)變化規(guī)律的曲線稱為電動機的機械特性。理想空載轉(zhuǎn)速機械特性軟硬程度堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Ua越大，曲線位置越高機械特性曲線控制系統(tǒng)中放大器內(nèi)阻的影響放大器等效電路放大器內(nèi)阻的加入使機械特性變軟！輸出轉(zhuǎn)矩的機械特性用輸出轉(zhuǎn)矩表示的機械特性 如何得出機械特性曲線 直接測出一組n、T2數(shù)據(jù)，做曲線 測出電樞電流/電壓、轉(zhuǎn)速，經(jīng)過計算后間接測出曲線電磁轉(zhuǎn)矩不可測量 3.6.2 調(diào)節(jié)特性 電動機在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下， 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的關(guān)系稱為電動機的調(diào)節(jié)特性。 ！1、負(fù)載為

5、常數(shù)時調(diào)節(jié)特性曲線Ts不變時，n與Ua為線性關(guān)系！始動電壓1、可變負(fù)載時調(diào)節(jié)特性曲線空氣阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 可變負(fù)載時調(diào)節(jié)特性 nTL增量IaRa增量Ea增量n增量電壓平衡方程式 常常用實驗的方法直接測出電動機的調(diào)節(jié)特性。 此時電機和負(fù)載耦合，并由放大器提供信號電壓。在實驗中測出電動機的轉(zhuǎn)速n隨放大器輸入電壓U1變化的曲線，因此所得到的是帶有放大器的直流電動機的調(diào)節(jié)特性曲線。 如何得出調(diào)節(jié)特性曲線3.7 直流伺服電動機在過渡過程中的工作狀態(tài) 電動機從一個穩(wěn)定狀態(tài)向另一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡過程中的工作狀態(tài)。發(fā)電機工作狀態(tài)反接制動工作狀態(tài)動能制動工作狀態(tài)3.7.1 發(fā)電機工作狀態(tài)電動機狀態(tài)發(fā)電機狀態(tài)3.

6、7.2 反接制動工作狀態(tài)電動機狀態(tài)反接制動狀態(tài)Ua3方向同于Ea13.7.3 動能制動工作狀態(tài)電動機狀態(tài)動能制動狀態(tài)3.8 直流伺服電動機的過渡過程 為了分析控制系統(tǒng)的動態(tài)特性， 不僅需要知道電機在過渡過程中的工作狀態(tài)， 而且還要進一步了解電機的轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn)矩、 電流、 功率等物理量在過渡過程中隨時間變化的規(guī)律， 以及過渡過程時間和電機參數(shù)的關(guān)系。產(chǎn)生過渡過程的原因兩種慣性機械慣性電磁慣性轉(zhuǎn)動慣量電樞電感轉(zhuǎn)速不能突變電流不能突變時間短得多 3.8.1 伺服電動機過渡過程的分析動態(tài)電壓平衡方程式動態(tài)轉(zhuǎn)矩平衡方程式代入求解微分方程初始條件機電時間常數(shù)電磁時間常數(shù)過渡過程中轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia隨時間變

7、化的規(guī)律:在 4dj時的過渡過程 在jd時的過渡過程 非周期過渡過程周期振蕩過渡過程機電時間常數(shù)定義機電時間常數(shù)的單位 單位kgm2單位rmin單位Nm機電時間常數(shù)單位s一般直流伺服電動機的機電時間常數(shù)大約在十幾毫秒到幾十毫秒之間。 快速低慣量直流伺服電動機的機電時間常數(shù)通常在10 ms以下， 空心杯電樞永磁直流伺服電動機的機電時間常數(shù)可小到23 ms。3.9 直流力矩電動機 產(chǎn)生的原因：某些自動控制系統(tǒng)要求被控對象的運動速度非常低，普通伺服電機的轉(zhuǎn)速很高，需要齒輪減速，而齒輪間隙會造成振蕩。應(yīng)用：雷達天線、位置伺服系統(tǒng)、低速伺服系統(tǒng)優(yōu)勢：轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大工作原理和基本結(jié)構(gòu)工作原理和普通伺服電機

8、相同提高轉(zhuǎn)矩的原因降低轉(zhuǎn)速的原因理想空載理想空載3.10 低慣量直流伺服電動機 產(chǎn)生的原因：普通伺服電機轉(zhuǎn)動慣量大、低速運轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn)、換向火花對無線電造成干擾，在某些控制系統(tǒng)中應(yīng)用受到限制應(yīng)用：高精度的自動控制系統(tǒng)及測量裝置、數(shù)控機床、雷達天線等優(yōu)勢：轉(zhuǎn)動慣量低杯形電樞直流伺服電機用于高精度的自動控制系統(tǒng)及測量裝置等設(shè)備中。如電視攝像機、錄音機、X-Y函數(shù)記錄儀、機床控制系統(tǒng)等盤形電樞直流伺服電機用于數(shù)控機床、工業(yè)機器人、雷達天線驅(qū)動和其他伺服系統(tǒng)無槽電樞直流伺服電機用于要求快速動作、功率較大的系統(tǒng)，例如數(shù)控機床和雷達天線驅(qū)動等電樞鐵心為光滑、無槽的圓柱體。電樞的制造是將敷設(shè)在光滑電樞鐵心表面的繞組，用環(huán)氧樹脂固化成型并與鐵心粘結(jié)在一起。其氣隙尺寸較大，定子勵磁一般采用高磁能的永久磁鋼。直流伺服電機的控制方法1、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓當(dāng)Ts、 不變時，n與Ua成線性關(guān)系！直流伺服電機的控制方法2、PWM數(shù)字調(diào)速技術(shù)數(shù)字控制器