直流伺服电机要点详解.ppt

第1章 直流伺服电动机 1.1 概述 1.2 直流伺服电动机的控制方式和运行特性 1.3 直流伺服电动机的动态特性 1.4 特种直流伺服电动机 1.5 直线直流电动机 2. 伺服电动机的分类 普通直流伺服电动机 直流伺服电动机 低惯量直流伺服电动机 直流力矩电动机 两相感应伺服电动机 交流伺服电动机 三相感应伺服电动机 无刷永磁伺服电动机 直线伺服电动机 宽广的调速范围 机械特性和调节特性均为线性 无“自转”现象 快速响应。 此外，还要求伺服电动机的控制功率小、重量轻、体积小等。 直流发电机 根据直流电动机转速公式: 调节电动机转速的三种方法： 调节电枢供电电压 Ua 改变电枢回路电阻 Ra 减弱励磁磁通 ? 三种调速方法的性能与比较： 1.改变电阻Ra只能有级调速； 2.减弱磁通?能够平滑调速，但调速范围不大，可在基速以上作小范围的弱磁升速。 3.调节电压Ua调速能在较大的范围内无级平滑调速。 直流伺服电动机的控制方式： 把控制信号作为电枢电压Ua来控制电动机的转速，叫电枢控制。 把控制信号加在励磁绕组上，通过控制磁通? 来控制电动机的转速，叫磁场控制。 电枢绕组电压保持不变，改变励磁回路的电压。若电动机的负载转矩不变，当升高励磁电压时，励磁电流增加，主磁通增加，电机转速就降低；反之，转速升高。改变励磁电压的极性，电机转向随之改变。 尽管磁场控制也可达到控制转速大小和旋转方向的目的，但励磁电流和主磁通之间是非线性关系，且随着励磁电压的减小其机械特性变软，调节特性也是非线性的，故少用。 伺服电动机的运行特性包括机械特性和调节特性。 （1）n0、Te、k的物理意义 理想空载转速n0：n0是电磁转矩Te=0时的转速，由于电机空载时Te=T0，电机的空载转速低于理想空载转速。 （1）n0、Te、k的物理意义 （1）n0、Te、k的物理意义 调节特性是指负载转矩不变时，电机转速与电枢电压之间的函数关系，即 由 得 始动电压Ua0： Ua0是电动机处在待动而又未动临界状态时的控制电压。 总阻转矩Ts变化时， ，斜率k1保持不变。 因此对应于不同的总阻转矩 ，可以得到一组相互平行的调节特性。 由 ，当n=0时，便可求得 由于 ，即负载转矩越大，始动电压越高。而且控制电压从0到Ua0一段范围内，电机不转动，故把此区域称为电动机的死区。 （1） Ua0和k1的物理意义 斜率k1： 是由电机本身参数决定的常数，与负载无关。 （1） Ua0和k1的物理意义 图1-5 不同负载时的调节特性 （2）总阻转矩对调节特性的影响 当电动机转速很低时，转速就不均匀，出现时快、时慢，甚至暂时停一下的现象，这种现象称为直流伺服电动机低速运转的不稳定性。 （1）低速运转的不稳定的原因 电枢齿槽的影响 低速时，反电动势的平均值很小，因而电枢齿槽效应等引起电动势脉动的影响增大，导致电磁转矩波动比较明显。 3．直流伺服电动机低速运转的不稳定性 电刷接触压降的影响 低速时，控制电压很低，电刷和换向器之间的接触压降开始不稳定，影响电枢上有效电压的大小，从而导致输出转矩不稳定。 电刷和换向器之间摩擦的影响 低速时，电刷和换向器之间的摩擦转矩不稳定，造成电机本身的阻转矩T0不稳定，因而导致总阻转矩不稳定。 （2）解决的措施 稳速控制电路：使转速平稳。 直流力矩电动机: 低速稳定性好。 动态特性是指在电枢控制条件下，在电枢绕组上加阶跃电压时，电机转速n和电枢电流ia随时间变化的规律。产生过渡过程的原因是电机中存在机械惯性和电磁惯性。 1.3 直流伺服电动机的动态特性 1.3.1过渡过程中的电机方程 电压平衡方程式 转矩平衡方程式 其中 由于在小功率的随动系统中，选择电动机时总是使电动机的额定转矩远大于轴上的总阻转矩。为了推导方便，可以先假定 ，这样 。 由 和 可得 把ia和 代入 ，两边乘以得 令 为机电时间常数； 为电气时