機電電機直流

機電電機直流第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五直流伺服電動機的分類1.按勵磁方式:分為電磁式和永磁式兩種。2.按結構：分為一般電樞、無刷電樞式、繞線盤式和空心杯電樞式。3.按控制方式：磁場控制和電樞控制無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。電動機的轉子上有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉子的極性，在電動機內裝有位置傳感器。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整轉速；提供保護和顯示等等。第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五直流電動機的勵磁方式直流電機的勵磁方式有他勵和自勵兩種他勵式的勵磁電流由獨立的電源供給；自勵式的電流則由電樞本身的電動勢產(chǎn)生。他勵式的電流則由勵磁繞組感應電樞來產(chǎn)生電動勢。

U1為勵磁電壓，U2為電樞電壓MU1I1I2U2放大器U++––他勵勵磁方式第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五直流電動機的型號命名直流伺服電動機大多數(shù)用機座號表示機殼外徑，國產(chǎn)直流電動機的型號命名包含四個部分：

1、數(shù)字表示機座號2、漢語拼音表示名稱代號3、數(shù)字表示性能參數(shù)序號4、數(shù)字和漢語拼音表示結構派生代號例如：28Y03-C表示28號機座永磁式直流伺服電動機、第03個性能參數(shù)號的產(chǎn)品、SY系列標準中選定的一種基本安裝方式、軸伸型式派生為齒輪軸伸。第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五由機械特性可知：(1)一定負載轉矩下，當磁通不變時，U2n。(2)U2=0時，電機立即停轉。電動機反轉：改變電樞電壓的極性，電動機反轉。

直流伺服電機的機械特性與他勵直流電機相同一樣，也可用下式表示機械特性曲線如圖所示。直流伺服電動機的n=f(T)曲線(U1=常數(shù))U20.8U20.6U20.4U2nTO直流伺服電動機的機械特性第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五直流電動機的特點①穩(wěn)定性好。直流伺服電機具有下垂的機械性，能在較寬的調速范圍內穩(wěn)定運行。②可控性好。直流伺服電機具有線性的調節(jié)特性，能使轉速正比于控制電壓的大?。晦D向取決于控制電壓的極性；控制電壓為零時，轉子慣性很小，能立即停止。③響應迅速。直流伺服電機具有較大的起動轉矩和較小的轉動慣量，在控制信號增加、減小或消失的瞬間，直流伺服電機能快速起動、快速增速、快速減速和快速停止。④控制功率低，損耗小。

⑤轉矩大。直流伺服電機廣泛應用在寬調速系統(tǒng)和精確位置控制系統(tǒng)中，其輸出功率一般為1～600W，也有達數(shù)千瓦。電壓有6V、9V、12V、24V、27V、48V、110V、220V等。轉速可達1500～1600r/min。⑥由于存在換向器，其制造復雜，價格較高。第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五直流電動機的控制方式直流電機的轉速

（Ce電機電勢常數(shù)）

調壓恒轉矩調速：調節(jié)Ua，保持φ和Ra不變。由于繞組絕緣耐壓的限制，調壓只能在額定轉速以下進行。屬于恒轉矩調速。

調磁恒功率調速：調節(jié)φ，保持Ua和Ra不變。改激磁電流即可改Φ，在Ua恒定情況下，磁場接近飽和，故只能弱磁調速，在額定轉速以上進行。屬于恒功率調速。調速方法的選擇：進給系統(tǒng)一般選用調壓恒轉矩調速第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五有三種調速方法：

電樞控制調速（即恒轉矩調速）：不同的轉速時，

磁場控制調速（即恒功率調速）：不同的轉速時，

混合調速（即恒功率調速），如主軸伺服驅動，在額定轉速以下為恒轉矩調速，在額定轉速以上為恒功率調速.如進給伺服系統(tǒng)如小慣量高速伺服系統(tǒng)直流伺服電機的調速第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五調壓調速的兩種方法1）晶閘管可控硅整流調速—SCR（SiliconControlledRectifier）

通過對晶閘管觸發(fā)角的控制來控制電機電樞電壓，以達到調速的目的。

2）脈寬調制晶體管調速—PWM(PulseWidthModulation)

通過脈寬調制器將直流電壓轉換成方波電壓，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，以達到調速的目的。第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五晶閘管的基本特性2)、承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通3)、晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用4)、要使晶閘管關斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下

結構電氣圖形符號晶閘管：全稱晶體閘流管。俗稱可控硅。一種包含3個或3個以上PN結，能從斷態(tài)轉入通態(tài)，或由通態(tài)轉入斷態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)電力電子器件晶閘管靜態(tài)特性:1)、承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五可關斷晶閘管可關斷晶閘管：一種施加適當極性的門極信號，可從通態(tài)轉換到斷態(tài)或從斷態(tài)轉換到通態(tài)的三端。一般用GTO表示，也可表示為GCS。GTO是一種較理想的直流開關元件，作開關時：與普通晶閘管相比，最突出的優(yōu)點是：①能自關斷，不需要復雜的換流回路；②工作頻率高。缺點是：①同樣工作條件下擎住電流大。擎住電流指剛從斷態(tài)轉入通態(tài)并切除門極電流之后，能維持通態(tài)所需的最小陽極電流。②關斷脈沖對功率和負門極電流的上升率要求高。GTO與功率晶體管相比,其優(yōu)點是：①能實現(xiàn)高壓、大電流；②能耐受浪涌電流；③開關時只需瞬態(tài)脈沖功率。缺點是門控回路比較復雜。

第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五晶閘管的外形AKG第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五電力晶體管晶體管：是一種固體半導體器件，可以用于放大、開關、穩(wěn)壓、信號調制和許多其他功能。晶體管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場效應晶體管（FET）。晶體管有三個極，雙極性晶體管的三個極分別是發(fā)射極（Emitter）、基極（Base）和集電極（Collector）。場效應晶體管的三個極分別是源極（Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。電力晶體管（GiantTransistor—GTR）與普通的雙極結型晶體管基本原理一樣，主要特性是耐壓高、電流大、開關特性好。GTR的開關時間在幾微秒以內，比晶閘管和GTO都短很多。電氣圖形符號第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五大功率晶體管外形第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五直流伺服驅動裝置——晶閘管（即可控硅SCR）調速系統(tǒng)包括控制回路：主回路：可控硅整流放大器：整流、放大、驅動，使電機轉動。速度環(huán)：速度調節(jié)（PI），作用：好的靜態(tài)、動態(tài)特性。電流環(huán)：電流調節(jié)(P或PI)。作用：加快響應、啟動、低頻穩(wěn)定等。觸發(fā)脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生移相脈沖，使可控硅觸發(fā)角前移或后移。速度調節(jié)器電流調節(jié)器觸發(fā)脈沖發(fā)生器可控硅整流器電流反饋速度反饋電流檢測編碼器電機UR+-UfIfIR+-E1ES1）晶閘管調速系統(tǒng)第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五原理：三相整流器，由二個半波整流電路組成。每部分內又分成共陰極組（1、3、5）和共陽極組（2、4、6）。為構成回路，這二組中必須各有一個可控硅同時導通。1、3、5在正半周導通，2、4、6在負半周導通。每組內（即二相間）觸發(fā)脈沖相位相差120o，每相內二個觸發(fā)脈沖相差180o。按管號排列，觸發(fā)脈沖的順序：1-2-3-4-5-6，相鄰之間相位差60o。為保證合閘后兩個串聯(lián)可控硅能同時導通，或已截止的相再次導通，采用雙脈沖控制。既每個觸發(fā)脈沖在導通60o后，在補發(fā)一個輔助脈沖；也可以采用寬脈沖控制，寬度大于60o，小于120o。Ⅰ、Ⅱ二組反并接，分別實現(xiàn)正轉和反轉。主回路工作原理Ⅰ組Ⅱ組。主回路:462791113581210ABCMUdRdbKMKR+-第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五e)uacbcaba)b)c)d)135

①②③④⑤⑥ωtub246bcaωtωtωtωt11335511336224466224135246120°120°180°60°132460°60°56α原理：只要改變可控硅觸發(fā)角（即改變導通角），就能改變可控硅的整流輸出電壓，從而改變直流伺服電機的轉速。觸發(fā)脈沖提前來，增大整流輸出電壓；觸發(fā)脈沖延后來，減小整流輸出電壓。主回路波形圖ABC第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五調節(jié)晶閘管觸發(fā)脈沖相位，可改變可控整流器輸出電壓的波形。整流器輸出電瞬時值ud

的呈周期性變化。觸發(fā)脈沖相位控制OOOOO第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五直流伺服驅動裝置——脈寬調制（PWM——pulsewidthmodulation）控制的位置伺服系統(tǒng)。近年來，晶體管脈寬調制方式在世界上得到了廣泛應用，并且逐步取代晶閘管控制方式。結構組成：2）晶體管脈寬調制（PWM）調速系統(tǒng)速度調節(jié)器電流反饋脈寬調制基極驅動功放振蕩器

電流調節(jié)器GMUsrUsf

整流第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五①主回路：大功率晶體管開關放大器；功率整流器。②控制回路：速度調節(jié)器；電流調節(jié)器；固定頻率振蕩器及三角波發(fā)生器；脈寬調制器和基極驅動電路。區(qū)別：與晶閘管調速系統(tǒng)比較，速度調節(jié)器和電流調節(jié)器原理一樣。不同的是脈寬調制器和功率放大器。直流脈寬調制：功率放大器中的大功率晶體管工作在開關狀態(tài)下，開關頻率保持恒定，用調整開關周期內晶體管導通時間（即改變基極調制脈沖寬度）的方法來改變輸出。從而使電機獲得脈寬受調制脈沖控制的電壓脈沖，由于頻率高及電感的作用則為波動很小的直流電壓（平均電壓）。脈寬的變化使電機電樞的直流電壓隨著變化。結構分析第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五如圖所示開關K周期性的開關,周期為T,接通時間為τ,外加電源電壓U為常數(shù)，則加到電樞上的波形是一個高為U，寬為τ，周期為T的方波。則它的平均值為：．．．M．τ１Tτ2