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文档简介

1、伺服电机及其控制方法培训教程,陈晓鹏,伺服电机及其控制方法 第1讲 直流有刷电机原理,2,本讲提纲 直流伺服电动机原理 什么是直流伺服电机 直流伺服电机的结构及工作原理 直流伺服的电机分类 直流伺服电机的特性,伺服电机及其控制方法培训教程,3,什么是直流电机,是将机械能转换为直流电能或将直流电能转换为机械能的一种装置。 把机械能转换为电能的直流电机称为直流发电机(dc generators),把电能转换为机械能的直流电机称为直流电动机(dc motor)。,伺服电机及其控制方法培训教程,4,直流电动机的结构,伺服电机及其控制方法培训教程,5,(1)定子:定子磁极磁场由定子的磁极产生。根据产生磁

2、场的方式,直流伺服电机可分为永磁式和电磁式。永磁式磁极由永磁材料制成,电激式磁极由冲压硅钢片叠压而成,外绕线圈通以直流电流便产生恒定磁场。 (2)转子:又称为电枢,由硅钢片叠压而成,表面嵌有线圈,通以直流电时,在定子磁场作用下产生带动负载旋转的电磁转矩。 (3)电刷和换向片:为使所产生的电磁转矩保持恒定方向,转子能沿固定方向均匀的连续旋转,电刷与外加直流电源相接,换向片与电枢导体相接。,伺服电机及其控制方法培训教程,6,换向器和电刷的作用,在直流电动机中,换向器和电刷的共同作用: (1)将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电; (2)把外面不转的电路与转动的电路联接。,伺服电机及其控制方法培训教程

3、,7,直流电机的机构,伺服电机及其控制方法培训教程,8,直流电机分类 永磁式 电磁式,伺服电机及其控制方法培训教程,9,直流电机空载是指电机对外无功率输出、不带负载空转的一种状态。 直流电机空载时,励磁绕组内有励磁电流,电动机电枢电流很小可忽略,伺服电机及其控制方法培训教程,10,直流伺服电机的机构,伺服电机及其控制方法培训教程,11,直流电机的特点,调速性能好。所谓“调速性能”,是指电动机在一定负载的条件下,根据需要,人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下,实现均匀、平滑的无级调速,而且调速范围较宽。 起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此,凡是在重负载下起动或要求均匀

4、调节转速的机械,例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等,都用直流电动机拖动。,伺服电机及其控制方法培训教程,12,直流伺服电机的基本特性: 1、机械特性 在输入的电枢电压Ua保持不变时,电机的转速n随电磁转矩M变化而变化的规律,称直流电机的机械特性。 2、调节特性 直流电机在一定的电磁转矩M(或负载转矩)下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律,被称为直流电机的调节特性。 3、动态特性 从原来的稳定状态到新的稳定状态,存在一个过渡过程,这就是直流电机的动态特性。,伺服电机及其控制方法培训教程,13,机械特性,在输入的电枢电压Ua保持不变时,电机的转速n随电磁转矩M变化而变化

5、的规律,称直流电机的机械特性。,直流电机的机械特性曲线: K值大表示电磁转矩的变化引起电机转速的变化大,这种情况称直流电机的机械特性软;反之,斜率K值小,电机的机械特性硬。在直流伺服系统中,总是希望电机的机械特性硬一些,这样,当带动的负载变化时,引起的电机转速变化小,有利于提高直流电机的速度稳定性和工件的加工精度。 功耗增大。,伺服电机及其控制方法培训教程,14,调节特性,直流电机在一定的电磁转矩M(或负载转矩)下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律,被称为直流电机的调节特性。,直流电机的调节特性曲线 斜率K反映了电机转速n随控制电压Ua的变化而变化快慢的关系,其值大小与负载大

6、小无关,仅取决于电机本身的结构和技术参数。,伺服电机及其控制方法培训教程,15,动态特性,从原来的稳定状态到新的稳定状态,存在一个过渡过程,这就是直流电机的动态特性。,决定时间常数的主要因素有:惯性J的影响、电枢回路电阻Ra的影响、机械特性硬度的影响。,伺服电机及其控制方法培训教程,16,分类:,直流伺服电机的种类 小惯量直流电机印刷电路板的自动钻孔机 中惯量直流电机(宽调速直流电机)数控机床的进给系统 大惯量直流电机数控机床的主轴电机 特种形式的低惯量直流电机,伺服电机及其控制方法培训教程,17,主要技术参数:,额定功率Pe 额定电压Ue 额定电流Ie 额定转速ne 额定转矩MIe 调速范围

7、D,直流伺服电机的选择,是根据被驱动机械的负载转矩、运动规律和控制要求来确定,伺服电机及其控制方法培训教程,18,主要参数,额定功率Pe:指轴上输出的机械功率,它等于额定电压、额定电流及额定效率的乘积,即PN= UNINhN。 额定电压Ue:电机长期安全运行时所能承受的电压(V)。 额定电流Ie:指电机按规定的工作方式运行时,电枢绕组允许通过的电流(A)。,伺服电机及其控制方法培训教程,19,额定转速ne:指电机在额定电压、额定电流和额定功率情况下运行的电机转速(r/min)。,伺服电机及其控制方法培训教程,20,速度控制原理,直流电机的输出电磁转矩表达式:,称为转矩常数,与电机结构有关的参数,伺服电机及其控制方法培训教程,21,控制直流伺服电机电磁转矩和速度的方法: (1)改变电枢电压 即改变电枢电流 (2)改变励磁电流 即改变磁通 线性好,控制方便,相应速度快,输出转矩大,伺服电机及其控制方法培

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