控制电机(第四版)第3章 节 直流伺服电动机.ppt

图 3 - 23 直流电机的反接制动状态 在这种情况下， 电机既不处于电动机状态，又不处于发电机状态， 它的工作特点是： (1) 由于Ua3 和Ea1同方向加于电枢回路，所以电枢电流Ia3很大。 (2) 电磁转矩为制动转矩，而且很大，因而使电机迅速制动。 (3) 电机既吸收电能，又吸收机械能(转速降低， 动能减少)， 并全部变成电机的损耗， 其中主要是电枢铜耗。 因为是用电枢电压反接的方法来制动的， 所以电机的这种工作状态叫作反接制动状态。 在反接制动时， 电枢电流要比电动机状态时大得多。 例如S—221 直流电动机， 在额定电压 110 V、 额定电流 0.26 A运行时， 如将其电枢电压突然反向(仍为 110 V)， 则瞬时电流可大于 2 A。 因此， 在设计放大器时， 必须考虑电机在反接制动时可能出现的电流最大值。 图 3 – 24 直流电机的动能制动状态 3.8.3 动能制动状态 如果上述的天线控制系统在完成战斗任务之后，需要停转时，那末，控制系统输给电机的信号电压就马上降为零，并将电枢两端短接。 这种情况下电机所处的状态也属于上述的发电机状态， 只是Ua2 =0。此时电压平衡方程式为 0=Ea+IaRa 它表示电机处于发电机短路的工作状态， 如图 3 - 24 所示。 由于此时电磁转矩是制动转矩， 电机转速逐渐下降。 因为Ua2 =0， 故最后电机的稳定转速为 0。 这种运行方式是利用了电动机原来积蓄的动能来发电， 以产生电磁转矩进行制动的， 所以叫作动能制动。 3.9 直流伺服电动机的过渡过程 为了分析控制系统的动态特性， 不仅需要知道电机在过渡过程中的工作状态， 而且还要进一步了解电机的转速、 转矩、 电流、 功率等物理量在过渡过程中随时间变化的规律， 以及过渡过程时间和电机参数的关系。 产生过渡过程的原因， 主要是电机中存在两种惯性： 机械惯性和电磁惯性。 如上一节所述当电枢电压突然改变时， 由于电机和负载有转动惯量， 转速不能突变， 需要有一个渐变的过程， 才能达到新的稳态， 因此转动惯量是造成机械过渡过程的主要因素。 另外， 由于电枢绕组具有电感， 电枢电流也不能突变， 也需要有一个过渡过程， 所以电感是造成电磁过渡过程的主要因素。电磁过渡过程和机械过渡过程是相互影响的，这两种过渡过程交织在一起形成了电机总的过渡过程。但是一般来说，电磁过渡过程所需的时间要比机械过渡过程短得多。因此在许多场合， 只考虑机械过渡过程，而忽略电磁过渡过程， 在上一节中就是这样处理的。 研究电机过渡过程的方法， 是将过渡过程中的物理规律用微分方程表示出来， 然后根据初始条件求解方程， 找出各物理量与时间的函数关系。 下面即按照这种方法分析直流伺服电动机在电枢绕组加上阶跃电压时， 转速和电流随时间增长的过程。 3.9.1 伺服电动机过渡过程的分析 首先我们利用直流电动机在动态下的四个关系式建立转速对时间的微分方程。 在过渡过程中， 直流电动机的电磁转矩和感应电势的表达式为 T=CTΦIa Ea=CeΦn 式中，Φ为常数；T、Ea、Ia、n均为瞬时值， 是时间的函数。 因电枢绕组具有电感， 在过渡过程中电枢电流在变化， 所以在电枢回路中将产生电抗压降 ， 其中La为电刷两端的电感。 因此， 动态电压平衡方程式应写成 (3 - 25) 在过渡过程中， 电动机的电磁转矩除了要克服轴上的摩擦转矩外， 还要克服轴上的惯性转矩， 因此， 转矩平衡方程式应写成 式中， Ts为负载转矩和电机空载转矩之和； J为电 机本身及负载的转动惯量； 为电机的角速度。 在小功率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空载阻转矩。 也就是说， 在动态过渡过程中， 电磁转矩主要用来克服惯性转矩， 以加快过渡过程。 因此， 为了推导方便， 可以假定Ts=0， 这样, 有 因为 所以可得 把Ia的表达式及E