直流伺服电动机.pptVIP

第3章 直流伺服电动机,直流伺服电机的应用,随动系统,遥控和遥测系统,运动控制系统,自动化,军事技术领域,直流伺服电机,自动控制系统对其基本要求： 1）可控性好，控制信号消失即停止运转； 2）运行性能好，机械和调节特性均为线性； 3）调速范围广； 4）快速响应性强； 5）体积小、重量轻、控制功率小,直流电动机工作原理图,3.1 直流电动机的工作原理,A、 B两电刷间加直流电压使导体中流入电流(N(S)极下电流方向始终不变),通电导体受到的电磁力的值为F=Bli,电磁力对转轴形成顺时针方向的恒定转矩（电磁转矩）， 驱动转子而使其旋转。,电能,机械能,3.2 电磁转矩和转矩平衡方程式,3.2.1 电磁转矩,一根导体产生的力矩,取平均磁通密度,转矩系数,3.2.2 电动机转矩平衡方程式,电机稳态运行,电机转速变化,输出转矩,阻转矩,负载转矩,电机加速,电机减速,总阻转矩,3.3 直流电动机的反电势和电压平衡方程式,3.3.1 电枢绕组中的反电势,电枢导体通电便产生电磁力矩,由左手定则可确定电磁力F的方向，亦即电机旋转方向,由右手定则可确定导体切割磁力线产生的感应电势e,3.3.2 电动机的电压平衡方程式,供电电压稳定,TLTIan TLTIan,供电电压波动,供电电压稳定时,电枢回路串联电阻启动,为何？,启动电流过大！,随转速上升，需逐级切除串联电阻！,3.4.2 直流电动机的启动方法,大功率,直接启动,小功率,3.4 直流电动机的使用,3.4.3 电动机的调速方法,改变电机端电压Ua,在电枢回路中串联调节电阻Rtj,改变励磁调节电阻Rfj,Ua-n Ua-n,Rtj -n Rtj -n,Rfj- n Rfj-n,只能使励磁电流减小， 所以只能将转速调高,3.4.4 改变电动机转向的方法,改变磁通的方向,改变电枢电流的方向,改变磁通和电枢电流的方向,3.4.5 使用中必须注意的问题,1. 启动时要使励磁磁通最大（为获得最大的启动转矩）,2. 切勿使励磁回路断开,启动电路正确接法,启动电路错误接法,带负载,空载,将产生很大的堵转电流,将产生飞车事故,3.5 直流伺服电动机,3.5.1 直流伺服电动机的分类,永磁式,电磁式,直流伺服电动机,他励励磁方式,并励励磁方式,串励励磁方式,复励励磁方式,3.5.1 直流伺服电动机的结构,直流测速发电机的结构相同,3.6 直流伺服电动机的稳态特性,3.6.1 机械特性 表征电动机在电枢电压Ua不变时， 转速随负载阻转矩(或电磁转矩)变化规律的曲线称为电动机的机械特性。,理想空载转速,机械特性软硬程度,堵转转矩,Ua越大，曲线位置越高,机械特性曲线,控制系统中放大器内阻的影响,放大器等效电路,放大器内阻的加入使机械特性变软！,输出转矩的机械特性,用输出转矩表示的机械特性,如何得出机械特性曲线, 直接测出一组n、T2数据，做曲线 测出电枢电流/电压、转速，经过计算后间接测出曲线,电磁转矩不可测量,3.6.2 调节特性 电动机在一定的负载转矩下， 稳态转速随控制电压变化的关系称为电动机的调节特性。,！,1、负载为常数时调节特性曲线,Ts不变时，n与Ua为线性关系！,始动电压,1、可变负载时调节特性曲线,空气阻转矩与转速的关系,可变负载时调节特性,nTL增量IaRa增量Ea增量n增量,电压平衡方程式,常常用实验的方法直接测出电动机的调节特性。 此时电机和负载耦合，并由放大器提供信号电压。在实验中测出电动机的转速n随放大器输入电压U1变化的曲线，因此所得到的是带有放大器的直流电动机的调节特性曲线。,如何得出调节特性曲线,3.7 直流伺服电动机在过渡过程中 的工作状态,电动机从一个稳定状态向另一个稳定状态过渡过程中的工作状态。,发电机工作状态,反接制动工作状态,动能制动工作状态,3.7.1 发电机工作状态,电动机状态,发电机状态,3.7.2 反接制动工作状态,电动机状态,反接制动状态,Ua3方向同于Ea1,3.7.3 动能制动工作状态,电动机状态,动能制动状态,3.8 直流伺服电动机的过渡过程,为了分析控制系统的动态特性， 不仅需要知道电机在过渡过程中的工作状态， 而且还要进一步了解电机的转速、 转矩、 电流、 功率等物理量在过渡过程中随时间变化的规律， 以及过渡过程时间和电机参数的关系。,产生过渡过程的原因,两种惯性,机械惯性,电磁惯性,转动惯量,电枢电感,转速不能突变,电流不能突变,时间短得多,3.8.1 伺服电动机过渡过程的分析,动态电压平衡方程式,动态转矩平衡方程式,代入,求解,微分方程,初始条件,机电时间常数,电磁时间常数,过渡过程中转速n、电枢电流Ia随时间变化的规律:,在 4dj时的过渡过程,在 4dj时的过渡过程 ,在jd时的过渡过程,非周期过渡过程,周期振荡过渡过程,机电时间常数定义,机电时间常数的单位,单位kgm2,单位rmin,单位Nm,机电时间常数单位s,一般直流伺服电动机的机电时间常数大约在十几毫秒到几十毫秒之间。 快速低惯量直流伺服电动机的机电时间常数通常在10 ms以下， 空心杯电枢永磁直流伺服电动机的机电时间常数可小到23 ms。,3.9 直流力矩电动机,产生的原因：,某些自动控制系统要求被控对象的运动速度非常低，普通伺服电机的转速很高，需要齿轮减速，而齿轮间隙会造成振荡。,应用：,雷达天线、位置伺服系统、低速伺服系统,优势：,转速低、转矩大,工作原理和基本结构,工作原理和普通伺服电机相同,提高转矩的原因,降低转速的原因,理想空载,理想空载,3.10 低惯量直流伺服电动机,产生的原因：,普通伺服电机转动惯量大、低速运转不够平稳、换向火花对无线电造成干扰，在某些控制系统中应用受到限制,应用：,高精度的自动控制系统及测量装置、数控机床、雷达天线等,优势：,转动惯量低,杯形电枢直流伺服电机,用于高精度的自动控制系统及测量装置等设备中。如电视摄像机、录音机、X-Y函数记录仪、机床控制系统等,盘形电枢直流伺服电机,用于数控机床、工业机器人、雷达天线驱动和其他伺服系统,无槽电枢直流伺服电机,用于要求快速动作、功率较大的系统，例如数控机床和雷达天线驱动等,电枢铁心为光滑、无槽的圆柱体。电枢的制造是将敷设在光滑电枢铁心表面的绕