直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制

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1、第5章直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制5.1直流（DC）伺服電動(dòng)機(jī)概述5.2直流電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基本知識(shí)5.3直流電動(dòng)機(jī)晶閘管供電的速度控制系統(tǒng)5.4晶體管直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)5.5脈寬調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例本章結(jié)構(gòu)5.1直流（DC）伺服電動(dòng)機(jī)概述5.1.1直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本工作原理1.直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本工作原理動(dòng)畫它的基本工作原理與普通直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同，不同點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)，以提高其控制性能。2.直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)（1）直流電動(dòng)機(jī)將輸入電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率輸出；（2）電磁轉(zhuǎn)矩起驅(qū)動(dòng)作用；（3）利用換向器和

2、電刷，直流電動(dòng)機(jī)將輸入的直流電流逆變成導(dǎo)體中的交變電流。（4）直流電動(dòng)機(jī)導(dǎo)體中的電流與運(yùn)動(dòng)電勢(shì)方向相反。5.1.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)換向磁極主磁極電刷裝置機(jī)座端蓋電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸磁極鐵心勵(lì)磁繞組電刷刷握絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)固定于機(jī)座上用于改善換向，數(shù)目等于主磁極由換向片構(gòu)成，關(guān)鍵部分產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)；流過電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩磁路的一部分定子轉(zhuǎn)子直流電機(jī)氣隙5.1.3直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類根據(jù)電機(jī)勵(lì)磁方式分類1）他勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁電流由其它直流電源單獨(dú)供給。他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流

3、相同，即：2）并勵(lì)：電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足3）串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足I=Ia+If-+UI=Ia=If4）復(fù)勵(lì)：并勵(lì)和串勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)。2.根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低分類1）高速直流伺服電動(dòng)機(jī)；（1）小慣量無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)；（2）空心杯電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)。2）低速大扭矩寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)。5.1.4永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)3.永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)基本方程1）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程式；T=CMΦI

4、Ts=To+TLT=Ts在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)上的總阻轉(zhuǎn)矩相互平衡。2）電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程式；E=CeΦnU=E+IRa外加電壓與反電勢(shì)及電樞內(nèi)阻壓降平衡。3）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。U-CeΦnI=RaURan=-TCeΦCeCMΦ2電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，描述了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。5.1.5對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)的要求及選用直流電動(dòng)機(jī)的額定值額定條件下電機(jī)所能提供的功率指電刷間輸出的額定電功率發(fā)電機(jī)指軸上輸出的機(jī)械功率電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電

5、機(jī)出線端的平均電壓在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速.對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流2.對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)的要求3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的選用1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩2）負(fù)載功率ML=∑MR+MMC+Ma5.2直流電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基本知識(shí)5.2.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電源自動(dòng)控制裝置電動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載5.2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)降低電源電壓和電樞回路串電阻1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法T=CMΦIstUN–EaUNIst==RaRa2.降壓?jiǎn)?dòng)nT0

6、n0TNnN自然特性3.電樞電壓串電阻啟動(dòng)5.2.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性5.2.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為特性2-211.電樞回路串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性特點(diǎn)：1）n0不變；2）斜率?隨電阻增大成正比增大，形成一組過n0的放射直線。2-222.改變電樞電源電壓時(shí)的人為機(jī)械特性特點(diǎn)：1）斜率?不變，各特性互相平行；2）n0與U成正比。2-233.減少氣隙磁通量的人為機(jī)械特性特點(diǎn)：1）Φ減少時(shí)，n0增大；3）機(jī)械特性是一組直線，Φ減少時(shí)，特性上移且變軟。2）Φ減少時(shí)，β增大；5.2.7電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)性

7、能指標(biāo)三個(gè)方面：（1）調(diào)速；（2）穩(wěn)速；（3）加減速。1.穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)1）調(diào)速范圍2）靜差率3）調(diào)速范圍與靜差率的關(guān)系2.動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)5.3.1直流電機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)5.3直流電動(dòng)機(jī)晶閘管供電的速度控制系統(tǒng)由上式可以看出：改變控制電壓和改變磁通都可以控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。前者是電樞控制（常用），后者是磁場(chǎng)控制。(1)晶閘管調(diào)壓原理圖4.10晶閘管圖4.11單相半波晶閘管調(diào)壓電路晶閘管導(dǎo)通的兩個(gè)條件：一是陽極A與陰極K間施加正向電壓；二是控制級(jí)G和陰極K直接施加正向電壓。(2)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1）采用帶轉(zhuǎn)速

8、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方式測(cè)速發(fā)電機(jī)：輸出電勢(shì)EBR與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n成正比?！鱑=Ug-EBR當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，EBR隨之變化而Ug不變，則△U隨即變化，再經(jīng)過放大器將△U放大去控制執(zhí)行環(huán)節(jié)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持恒定。2）采用帶電流負(fù)反饋的閉環(huán)控制方式電流隨著速度變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)。(3)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)改變電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向即改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式：T=KtφId1)采用接觸器