直流伺服电动机及其速度控制.ppt

,第5章直流伺服电动机及其速度控制,5.1直流（DC）伺服电动机概述5.2直流电力拖动控制系统的基本知识5.3直流电动机晶闸管供电的速度控制系统5.4晶体管直流脉宽（PWM）调速系统5.5脉宽调速系统实例,本章结构,5.1直流（DC）伺服电动机概述,5.1.1直流伺服电动机的基本工作原理,1.直流伺服电动机的基本工作原理,动画,它的基本工作原理与普通直流他励电动机相同，不同点在于结构作了改进，以提高其控制性能。,2.直流伺服电动机的特点,（1）直流电动机将输入电功率转换成机械功率输出；（2）电磁转矩起驱动作用；（3）利用换向器和电刷，直流电动机将输入的直流电流逆变成导体中的交变电流。（4）直流电动机导体中的电流与运动电势方向相反。,5.1.2直流伺服电动机的基本结构,5.1.3直流伺服电动机的分类,根据电机励磁方式分类,1）他励：直流电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。,他励直流发电机的电枢电流和负载电流相同，即：,2）并励：电动机的励磁绕组与电枢绕组并联。且满足,3）串励：励磁绕组与电枢绕组串联。满足,I=Ia+If,-,+,U,I=Ia=If,4）复励：并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。,2.根据转速的高低分类1）高速直流伺服电动机；（1）小惯量无槽电枢直流伺服电动机；（2）空心杯电枢直流伺服电动机。2）低速大扭矩宽调速电动机。,5.1.4永磁直流伺服电动机,永磁直流伺服电动机基本结构永磁直流伺服电动机特点,3.永磁直流伺服电动机基本方程1）电动机转矩平衡方程式；T=CMITs=To+TLT=Ts在稳态运行时，电动机的电磁转矩和电动机上的总阻转矩相互平衡。,2）电动机的电压平衡方程式；E=CenU=E+IRa外加电压与反电势及电枢内阻压降平衡。,3）电动机转速与转矩的关系。U-CenI=Ra,URan=-TCeCeCM2,电动机的机械特性，描述了电动机的转速与转矩之间的关系。,5.1.5对直流伺服电动机的要求及选用,直流电动机的额定值,2.对直流伺服电动机的要求,3.直流伺服电动机的选用,1）负载转矩,2）负载功率,ML=MR+MMC+Ma,5.2直流电力拖动控制系统的基本知识,5.2.1电力拖动系统的组成,电源自动控制装置电动机执行机构负载,5.2.2他励直流电动机的启动,降低电源电压和电枢回路串电阻,1.他励直流电动机的启动方法,T=CMIst,UNEaUNIst=RaRa,2.降压启动,n,T,0,n0,TN,nN,自然特性,3.电枢电压串电阻启动,5.2.3他励直流电动机的机械特性,5.2.4他励直流电动机的人为特性,2-21,1.电枢回路串电阻时的人为机械特性,特点：,1）n0不变；,2）斜率随电阻增大成正比增大，形成一组过n0的放射直线。,2-22,2.改变电枢电源电压时的人为机械特性,特点：,1）斜率不变，各特性互相平行；,2）n0与U成正比。,2-23,3.减少气隙磁通量的人为机械特性,特点：,1）减少时，n0增大；,3）机械特性是一组直线，减少时，特性上移且变软。,2）减少时，增大；,5.2.7电力拖动控制系统的主要技术指标,性能指标三个方面：（1）调速；（2）稳速；（3）加减速。,1.稳态性能指标1）调速范围2）静差率3）调速范围与静差率的关系2.动态性能指标,5.3.1直流电机晶闸管调速系统,5.3直流电动机晶闸管供电的速度控制系统,由上式可以看出：改变控制电压和改变磁通都可以控制伺服电机的转速和转向。前者是电枢控制（常用），后者是磁场控制。,(1)晶闸管调压原理,图4.10晶闸管,图4.11单相半波晶闸管调压电路,晶闸管导通的两个条件：一是阳极A与阴极K间施加正向电压；二是控制级G和阴极K直接施加正向电压。,(2)双闭环直流调速系统,1）采用带转速负反馈的闭环控制方式测速发电机：输出电势EBR与电动机的转速n成正比。U=Ug-EBR当电动机负载转矩变化时，EBR随之变化而Ug不变，则U随即变化，再经过放大器将U放大去控制执行环节，使电动机转速保持恒定。2）采用带电流负反馈的闭环控制方式电流随着速度变化而自动调节。,(3)可逆直流调速系统改变电动机旋转方向即改变电动机转矩方向。直流电动机的转矩公式：T=KtId1)采用接触器进行切换的可逆线路,特点：简单经济，但如果接触器频繁切换，噪声较大，寿命较低，每次切换需要0.2-0.5s时间，适用于不经常正反转的系统。,A,B,2)利用晶闸管切换的可逆线路,特点：比较简单，可靠性较高，但方案中除了原有的晶闸管装置需要供电外，还需要四个晶闸管当作开关使用，对其耐压和电流容量的要求较高，没有明显的经济优势，只适用于几十千瓦以下的可逆调速系统。,特点：采用两套晶闸管变流器分别提供正反两方向的电枢电流，可以应用于频繁正反转的生产机械上。,3)采用两组晶闸管变流器的可逆线路,采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。,危害：环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。利用：合理地控制环流，保证晶闸管安全工作，即可利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时也能工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。,5.4晶体管直流脉宽调速系统,脉宽调制：开关器件通断周期保持不变，只改变器件每次导通的时间，也就是脉冲周期不变，只改变脉冲的宽度，即定频调宽。,PWM调制是利用电力半导体器件的开关作用，把恒定的直流电源电压，转换成频率一定、宽度可变的方波电压加到直流电动机的电枢上，通过对方波脉冲宽度的控制，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。,(1)晶体管脉