《直流伺服電機(jī)》PPT課件

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1、3.1直流伺服電動(dòng)機(jī)3.1.1概述3.1.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式和運(yùn)行特性1.3直流伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性3.1.3特種直流伺服電動(dòng)機(jī)2.伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)普通直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)刷永磁伺服電動(dòng)機(jī)直線伺服電動(dòng)機(jī)1.伺服電動(dòng)機(jī)的概念伺服電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，其功能是把輸入的電壓信號(hào)變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出。3.1.1概述寬廣的調(diào)速范圍機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象快速響應(yīng)。此外，還要求伺服電動(dòng)機(jī)的控制功率小、重量輕、體積小等。3.控制系統(tǒng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求3.1.1概

2、述控制方式由可知，改變電樞電壓和改變勵(lì)磁磁通都可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。3.1.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式和運(yùn)行特性1.電樞控制勵(lì)磁磁通保持不變，改變電樞繞組的控制電壓。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，升高電樞電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就升高；反之轉(zhuǎn)速就降低。電樞電壓等于零時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)。電樞電壓改變極性時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。圖1-1電樞控制原理圖2．磁場(chǎng)控制電樞繞組電壓保持不變，改變勵(lì)磁回路的電壓。若電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，當(dāng)升高勵(lì)磁電壓時(shí)，勵(lì)磁電流增加，主磁通增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速就降低；反之，轉(zhuǎn)速升高。改變勵(lì)磁電壓的極性，電機(jī)轉(zhuǎn)向隨之改變。盡管磁場(chǎng)控制也可達(dá)到控制轉(zhuǎn)速大小和旋轉(zhuǎn)方向的目的，但勵(lì)磁電流和主磁通之間是

3、非線性關(guān)系，且隨著勵(lì)磁電壓的減小其機(jī)械特性變軟，調(diào)節(jié)特性也是非線性的，故少用。1.機(jī)械特性機(jī)械特性是指電樞電壓等于常數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的函數(shù)關(guān)系，即。把代入式得，為理想空載轉(zhuǎn)速；，為直線的斜率。伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性包括機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性。運(yùn)行特性圖1-2直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性為一直線運(yùn)行特性n0-理想空載轉(zhuǎn)速Tk-堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩-直線斜率（1）n0、Tk、k的物理意義理想空載轉(zhuǎn)速n0：n0是電磁轉(zhuǎn)矩Te=0時(shí)的轉(zhuǎn)速，由于電機(jī)空載時(shí)Te=T0，電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速低于理想空載轉(zhuǎn)速。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tk：Tk是轉(zhuǎn)速n=0時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩。機(jī)械特性的斜率k：斜率k前面的負(fù)號(hào)表示直線是下傾的。斜

4、率k的大小直接表示了電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩變化所引起的轉(zhuǎn)速變化程度。斜率k大，轉(zhuǎn)矩變化時(shí)轉(zhuǎn)速變化大，機(jī)械特性軟。反之，斜率k小，機(jī)械特性就硬。運(yùn)行特性（2）電樞電壓對(duì)機(jī)械特性的影響n0和Tk都與電樞電壓成正比，而斜率k則與電樞電壓無(wú)關(guān)。對(duì)應(yīng)于不同的電樞電壓可以得到一組相互平行的機(jī)械特性曲線。圖1-3不同控制電壓時(shí)的機(jī)械特性直流伺服電動(dòng)機(jī)由放大器供電時(shí)，放大器可以等效為一個(gè)電動(dòng)勢(shì)源與其內(nèi)阻串聯(lián)。內(nèi)阻使直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟。運(yùn)行特性2.調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞電壓之間的函數(shù)關(guān)系，即。由得為特性曲線的斜率；為由負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩決定的常數(shù)。運(yùn)行特性圖1-4直流伺服電動(dòng)

5、機(jī)的調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性為一上翹的直線。運(yùn)行特性Ua0–始動(dòng)電壓K1–特性斜率（1）Ua0和k1的物理意義始動(dòng)電壓Ua0：Ua0是電動(dòng)機(jī)處在待動(dòng)而又未動(dòng)臨界狀態(tài)時(shí)的控制電壓。斜率k1：是由電機(jī)本身參數(shù)決定的常數(shù)，與負(fù)載無(wú)關(guān)。由，當(dāng)n=0時(shí)，便可求得由于，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，始動(dòng)電壓越高。而且控制電壓從0到Ua0一段范圍內(nèi)，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，故把此區(qū)域稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的死區(qū)。運(yùn)行特性（2）總阻轉(zhuǎn)矩對(duì)調(diào)節(jié)特性的影響總阻轉(zhuǎn)矩Ts變化時(shí)，，斜率k1保持不變。因此對(duì)應(yīng)于不同的總阻轉(zhuǎn)矩，可以得到一組相互平行的調(diào)節(jié)特性。3．直流伺服電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很低時(shí)，轉(zhuǎn)速就不均勻，出現(xiàn)時(shí)快、時(shí)慢，甚至?xí)簳r(shí)

6、停一下的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱(chēng)為直流伺服電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性。圖1-5不同負(fù)載時(shí)的調(diào)節(jié)特性（1）低速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定的原因電樞齒槽的影響低速時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)的平均值很小，因而電樞齒槽效應(yīng)等引起電動(dòng)勢(shì)脈動(dòng)的影響增大，導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比較明顯。運(yùn)行特性電刷接觸壓降的影響低速時(shí)，控制電壓很低，電刷和換向器之間的接觸壓降開(kāi)始不穩(wěn)定，影響電樞上有效電壓的大小，從而導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定。電刷和換向器之間摩擦的影響低速時(shí)，電刷和換向器之間的摩擦轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定，造成電機(jī)本身的阻轉(zhuǎn)矩T0不穩(wěn)定，因而導(dǎo)致總阻轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定。（2）解決的措施穩(wěn)速控制電路直流力矩電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性結(jié)構(gòu)1.4特種直流伺服電動(dòng)機(jī)1.4.1直流力矩

7、電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)就是為滿足低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩負(fù)載的需要而設(shè)計(jì)制造的電機(jī)。直流力矩電動(dòng)機(jī)一般做成圓盤(pán)狀，電樞長(zhǎng)度和直徑之比一般為0.2左右；永磁多極式；槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多。圖1-9直流力矩電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-定子；2-電樞鐵心；3-電樞繞組；4-槽楔；5-電刷；6-刷架為什么做成圓盤(pán)狀？在電樞電動(dòng)勢(shì)、每極磁通和導(dǎo)體電流相同的條件下，增加導(dǎo)體數(shù)N和極對(duì)數(shù)p，能使轉(zhuǎn)速n降低，電磁轉(zhuǎn)矩Te增大。增加電樞直徑，可以使電樞槽面積變大，以便把更多的導(dǎo)體放入槽內(nèi)。同時(shí)電樞直徑的增加，使電