直流伺服電動機及其速度控制

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1、第5章直流伺服電動機及其速度控制5.1直流（DC）伺服電動機概述5.2直流電力拖動控制系統(tǒng)的基本知識5.3直流電動機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)實例本章結(jié)構(gòu)5.1直流（DC）伺服電動機概述5.1.1直流伺服電動機的基本工作原理1.直流伺服電動機的基本工作原理動畫它的基本工作原理與普通直流他勵電動機相同，不同點在于結(jié)構(gòu)作了改進，以提高其控制性能。2.直流伺服電動機的特點（1）直流電動機將輸入電功率轉(zhuǎn)換成機械功率輸出；（2）電磁轉(zhuǎn)矩起驅(qū)動作用；（3）利用換向器和

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

3、相同，即：2）并勵：電動機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足3）串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足I=Ia+If-+UI=Ia=If4）復(fù)勵：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。2.根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低分類1）高速直流伺服電動機；（1）小慣量無槽電樞直流伺服電動機；（2）空心杯電樞直流伺服電動機。2）低速大扭矩寬調(diào)速電動機。5.1.4永磁直流伺服電動機永磁直流伺服電動機基本結(jié)構(gòu)永磁直流伺服電動機特點3.永磁直流伺服電動機基本方程1）電動機轉(zhuǎn)矩平衡方程式；T=CMΦI

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

5、機出線端的平均電壓在額定電壓下，運行于額定功率時對應(yīng)的電流在額定電壓、額定電流下，運行于額定功率時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速.對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流2.對直流伺服電動機的要求3.直流伺服電動機的選用1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩2）負(fù)載功率ML=∑MR+MMC+Ma5.2直流電力拖動控制系統(tǒng)的基本知識5.2.1電力拖動系統(tǒng)的組成電源自動控制裝置電動機執(zhí)行機構(gòu)負(fù)載5.2.2他勵直流電動機的啟動降低電源電壓和電樞回路串電阻1.他勵直流電動機的啟動方法T=CMΦIstUN–EaUNIst==RaRa2.降壓啟動nT0

6、n0TNnN自然特性3.電樞電壓串電阻啟動5.2.3他勵直流電動機的機械特性5.2.4他勵直流電動機的人為特性2-211.電樞回路串電阻時的人為機械特性特點：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的人為機械特性特點：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械特性特點：1）Φ減少時，n0增大；3）機械特性是一組直線，Φ減少時，特性上移且變軟。2）Φ減少時，β增大；5.2.7電力拖動控制系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)性

7、能指標(biāo)三個方面：（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.動態(tài)性能指標(biāo)5.3.1直流電機晶閘管調(diào)速系統(tǒng)5.3直流電動機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的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。前者是電樞控制（常用），后者是磁場控制。(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)通的兩個條件：一是陽極A與陰極K間施加正向電壓；二是控制級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)控制方式測速發(fā)電機：輸出電勢EBR與電動機的轉(zhuǎn)速n成正比?！鱑=Ug-EBR當(dāng)電動機負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時，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)，使電動機轉(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調(diào)節(jié)。(3)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)改變電動機旋轉(zhuǎn)方向即改變電動機轉(zhuǎn)矩方向。直流電動機的轉(zhuǎn)矩公式：T=KtφId1)采用接觸器