材料成形检测与控制 教学课件 作者 杭争翔 1 4_2.pptVIP

材料成形检测与控制 一、直流电机的工作原理及结构 静态特性电机的动态过程已经结束，进入恒速状态时的特性 由控制特性可见，同样负载条件下，转速和电压成线性关系，转速的高低及方向完全由电枢电压的幅值和极性决定 由机械特性可见，同样电枢电压下，负载变大时，电机转速将降低，这个特性可由速度回路加以改善。 动态特性  Tm称为机械时间常数; Te 称为电气时间常数 直流伺服电机的动态特性可由一个比例环节和两个惯性环节的乘积表示。 由于存在着电气时间常数，电枢中的电流不能突变； 由于存在着机械时间常数，电机的转速不能突变； 1、普通直流伺服电机 2、无槽电枢直流伺服电机 定子改变： 电枢不开槽、磁钢尺寸增大 （1）动态性能好 （2）过载能力强 （3）力矩波动小 3、绕线电枢直流伺服电机 铁芯固定、电枢和外科带动机轴 （1）时间系数小 （2）效率高 （3）噪音低 缺点：换向器制造困难 4、印刷绕组电枢直流伺服电机 无铁芯，磁滞和涡流损耗可忽略 自感很小，可快速响应 轴向尺寸更短，刚性好，频率高 磁通分布均匀，噪音小，振荡小 批量化生产 缺点：印刷耐磨差，寿命短；高温和冲击易变形，可靠性降低 二、直流伺服电机的机械特性 机械特性 三、直流电机的动态特性 在动态变化过程中，电机的反应程度 越快越好 曲线，定个标准吧！ 在t=tm时，角速度达0.63左右 在t=3tm倍时，角速度达到95%，认为过渡过程结束。 可靠性高，寿命长。它的工作期限主要取决于轴承及其润滑系统。高性能的无刷直流电动机工作寿命可达到数 十万小时。 维护和修理简单。 无电气火花。 可工作于高真空，不良介质环境。 可在高转速下工作，专门设计的高速无刷直流电动机的工作转速可到达到每分钟10万转以上。 机械噪声低。 发热的绕组安装在定子上，有利于散热。 必须与一定的电子换向电路配套使用，从而使总体成本增加，但从控制的角度看，有更大的使用灵活性。 尤其在要求良好的静态特性和高动态响应的伺服驱动系统中，如数控机床，机器人等应用中，无刷直流电动机比交流伺服电动机和直流伺服电动机显示了更多的优越性。 在焊接系统中的应用，见书P120 * 材料成形检测与控制课件 * 电气控制理论部分（2） 直流电机 电磁特性 由于换向环和电刷的作用，当电枢旋转时，每一个经过电刷的绕组，其电流的方向都被自动改变，转子的合成磁势维持方向不变。这保证了在转子旋转时定子磁势和转子磁势总是相互垂直。 转矩的方向将使转子逆时针旋转。当转子旋转以后，夹角的变化将使转矩的大小及方向都发生变化，这将使电机转子来回摆动。 要想维持电机单方向稳定转动，必须维持dFr的方向不变；使 保持不变。 而且如果能使 即定子磁势和转子磁势相互垂直，则能得到最大转矩。 由于换向片的数目是有限的，转子磁势的方向会有微小的变化。这将导致力矩的波动。 当电机高速旋转时，由于电机转子和负载惯量的平滑作用，这个影响可以忽略。 但当电机工作在低速状态时，可能会产生问题。 可增加绕组、换向片或定子的极对数解决这个问题。  3. 工作特性 电枢的等效电路 电枢回路电压方程式为： 式中 Ua、ia—电枢电压、电枢电流； L、R—电枢等效电感、等效电阻； e—反电势。 控制特性 机械特性 定子 机座 Y B Z X A C Y B Z X A C 转子 Y B Z X A C Y B Z X A C C、￠、等是电机固有特性 U、T、R和n之间呈线性 如果电路固定，力矩和转速线性 调速——调电阻 n=f(T) n=f(U) 死区 R不同，n=f(T)斜率不同 机械特性和控制特性都是一组接近直线的曲线 逆变的概念 逆变器将直流电转换成交流电向电动机供电。与一般逆变器不同，它的输出的频率不是独立调节的，而是受控于转子位置信号，是一个“自控式逆变器” 四.无刷直流电动机的工作原理 转子在空间每转过60?电角度，逆变器开关就发生一次切换，功率开关导通逻辑： VT1、VT6→VT1、VT2→VT3、VT2→VT3、VT4→VT5、VT4→VT5、VT6→VT1、VT6 定子绕组就进行一次换流，定子合成磁场的磁状态就发生一次跃变。 VT3、VT2导通 B、C相通电 VT3、VT4导通 B、A相通电 Fr S N Fa A X Z C B Y Fa Fa S N A X Z C B Y Fr S N A X Z C B Y Fa S N