直流伺服电动机.ppt
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1、控制电机控制电机直流伺服电动机 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2.1 直流伺服电动机工作原理直流伺服电动机工作原理2.6 直流力矩电动机直流力矩电动机2.7 低惯量直流伺服电动机低惯量直流伺服电动机 2.4 直流伺服电动机过渡过程中的工作状态直流伺服电动机过渡过程中的工作状态2.3 直流伺服电动机的特性直流伺服电动机的特性2.2 直流伺服电动机的控制方法直流伺服电动机的控制方法第第2 2章章 直流伺服电动机直流伺服电动机2.8 直流伺服电动机的应用
2、举例直流伺服电动机的应用举例 2.5 直流伺服电动机的过渡过程直流伺服电动机的过渡过程掌握直流伺服掌握直流伺服电动机工作原理电动机工作原理了解直流伺服电动机的过渡过程了解直流伺服电动机的过渡过程会分析直流伺服电动机的简单应用会分析直流伺服电动机的简单应用 掌握直流伺服电动机过渡过程中的工作状态掌握直流伺服电动机过渡过程中的工作状态掌握直流伺服电动机的掌握直流伺服电动机的特性特性掌握直流伺服电动机的掌握直流伺服电动机的控制方法控制方法本章要求:本章要求:第第2 2章章 直流伺服电动机直流伺服电动机2.1 2.1 直流伺服电动机的工作原理和结构直流伺服电动机的工作原理和结构一、一、直流伺服电动机的
3、结构直流伺服电动机的结构NS+-n直流电机直流电机定子定子转子转子空空气气隙隙定定子子铁铁心心励励磁磁绕绕组组机机壳壳端端盖盖电电刷刷电电枢枢绕绕组组电电枢枢铁铁心心换换向向器器转转轴轴控制电机控制电机SZ系系列列直直流流伺伺服服电电动动机机控制电机控制电机GZ系系列列直直流流伺伺服服电电动动机机小小惯惯量量直直流流伺伺服服电电动动机机控制电机控制电机二、二、直流伺服电动机的工作原理直流伺服电动机的工作原理 导体ab,cd中通入图中所示方向的电流,根据电磁力定律,可以判断载流导体ab,cd 在磁场中受力方向,形成逆时针方向电磁力矩,线圈逆时针旋转。NS+-nabcdABFF控制电机控制电机 当
4、线圈转动当线圈转动180180o o,导体导体cdcd处于处于N N极下,电流由极下,电流由c c到到d d,S S极下极下导体导体电流电流由由b b到到a a,导体受力仍然是逆,导体受力仍然是逆时针方向。时针方向。电枢连续旋转,导体电枢连续旋转,导体ab、cd中电流的方向不断变化,中电流的方向不断变化,交替在交替在N极和极和S极下受电磁力极下受电磁力作用,从而使得电动机按一作用,从而使得电动机按一定的方向连续旋转。定的方向连续旋转。换向器,换向器,使电刷通过换向片只与处于使电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接,一定极性下的导体相连接,从而使导体中的电流方向发从而使导体中的电流方向发生
5、变化。生变化。原理动画原理动画NS+-nabcdABFF2.2 2.2 直流伺服电动机的控制方法直流伺服电动机的控制方法一、基础知识复习一、基础知识复习1 直流电动机的启动直流电动机的启动 电动机从静止状态过渡到稳速的过程叫电动机从静止状态过渡到稳速的过程叫启动启动过程过程。电机的启动性能有以下几点要求:。电机的启动性能有以下几点要求:1)启动时电磁转矩要大,以利于克服启动启动时电磁转矩要大,以利于克服启动时的阻转矩。时的阻转矩。2)启动时电枢电流要尽可能的小。启动时电枢电流要尽可能的小。3)电动机有较小的转动惯量和在加速过程中电动机有较小的转动惯量和在加速过程中保持足够大的电磁转矩,以利于缩
6、短启动时间。保持足够大的电磁转矩,以利于缩短启动时间。直流电动机采用电枢回路串电阻或降压启动。直流电动机采用电枢回路串电阻或降压启动。电动机生产机械TnTL控制电机控制电机2 直流电动机的调速直流电动机的调速可知直流电动机调速可以有:可知直流电动机调速可以有:(1)改变电枢电源电压;改变电枢电源电压;(2)在电枢回路中串调节电阻;在电枢回路中串调节电阻;(3)改变磁通,即改变励磁回路的改变磁通,即改变励磁回路的调节电阻调节电阻Rf以改变励磁电流。以改变励磁电流。由由控制电机控制电机0nTn0TN自然特性自然特性 改变电动机的电改变电动机的电压、磁通、电枢回路压、磁通、电枢回路总电阻均时,对应的
7、总电阻均时,对应的机械特性为:机械特性为:控制电机控制电机3 改变直流电动机转向的方法改变直流电动机转向的方法 改变电动机的转向改变电动机的转向,就必须改变电磁转矩就必须改变电磁转矩的方向。根据左手定则可知的方向。根据左手定则可知,改变电磁转矩的改变电磁转矩的方向有两种方法方向有两种方法:1)改变磁通的方向;改变磁通的方向;2)改变电流的方向。改变电流的方向。注意注意:磁通和电流的方向磁通和电流的方向只能改变其中的一个。只能改变其中的一个。Tem=CT Ia电动机生产机械TnTL控制电机控制电机4 使用中必须注意的问题使用中必须注意的问题1)启动时要使励磁磁通最大;)启动时要使励磁磁通最大;2
8、)切勿使励磁回路断开。)切勿使励磁回路断开。K正正K正正K反反K反反+-K正正K正正K反反K反反+-控制电机控制电机二、直流伺服电动机的控制方法二、直流伺服电动机的控制方法 直流伺服电动机实际为一台他励式直直流伺服电动机实际为一台他励式直流电动机,其励磁绕组由外施恒压的直流流电动机,其励磁绕组由外施恒压的直流电源励磁或为永磁磁极。电源励磁或为永磁磁极。对直流伺服电动机的对直流伺服电动机的控制控制主要是主要是指对指对电动机转速大小、方向的控制电动机转速大小、方向的控制,即对电动,即对电动机工作状态的控制;机工作状态的控制;通常将电枢电压作为通常将电枢电压作为控制信号控制信号,实现对电动机转速的控
9、制。,实现对电动机转速的控制。电动机生产机械TnTL控制电机控制电机直流伺服电动机稳定运行时的转速为:直流伺服电动机稳定运行时的转速为:稳态时(稳态时(Tem=Tl),),当负载转矩当负载转矩 Tl 和磁和磁通通 一定时,调节电枢两端所加电压一定时,调节电枢两端所加电压 Ua,电动机的转速发生变化,从而改变电动机电动机的转速发生变化,从而改变电动机的工作状态。的工作状态。分析电动机转速变分析电动机转速变化的物理过程?化的物理过程?nTTLUNU1AC2.3 2.3 直流伺服电动机的特性分析直流伺服电动机的特性分析一、直流伺服电动机的机械特性(变压)一、直流伺服电动机的机械特性(变压)1.反映转
10、速和负载阻转矩(或电磁转矩)之反映转速和负载阻转矩(或电磁转矩)之间的变化规律。表征这个规律的曲线称为电动机间的变化规律。表征这个规律的曲线称为电动机的机械特性。的机械特性。Uj控制电机控制电机UjUaIaEan1TemnTemUa1Ua2Ua3Ua1 Ua2 Ua3n01n02n03Td1Td2Td32.机械特性:机械特性:其中其中为理想空载转速为理想空载转速K 为机械特性直线的斜率为机械特性直线的斜率控制电机控制电机令令 n=0,得:,得:Td 为特性的横轴截距为特性的横轴截距,即启动力矩即启动力矩Ua1Ua2Ua3Ua1 Ua2 Ua3n01n02n03Td1Td2Td3nTemn0和和
11、Td都和电枢电压都和电枢电压Ua成正比。而斜率成正比。而斜率k和电枢和电枢电压电压Ua无关。所以对应不同的电枢电压无关。所以对应不同的电枢电压Ua可以可以得到一组相互平行的机械特性,电枢电压得到一组相互平行的机械特性,电枢电压Ua越越大,曲线的位置越高。大,曲线的位置越高。控制电机控制电机3.放大器对电动机机械特性的影响放大器对电动机机械特性的影响直流伺服电动机的电枢电压是由系统的功直流伺服电动机的电枢电压是由系统的功率放大器供给的,放大器是有内阻的,它率放大器供给的,放大器是有内阻的,它使得电动机机械特性变软。使得电动机机械特性变软。nTemRi2Ri1Ri1 Ri2 n0放大器的内阻越大,
12、放大器的内阻越大,机械特性的斜率越大,机械特性的斜率越大,特性越软。特性越软。控制电机控制电机二、直流伺服电动机的调节特性二、直流伺服电动机的调节特性 1 电动机在一定的负载下,稳定转速随控电动机在一定的负载下,稳定转速随控制电压的变化关系称为电动机的调节特性。制电压的变化关系称为电动机的调节特性。2 负载为常数时的调节特性负载为常数时的调节特性Tem、一定时,一定时,n=f(Ua)是一条直线。是一条直线。控制电机控制电机nUaUa01Ua02Ua03TL1TL2TL3TL1 TL2 TL3当当 n=0 时,时,当当Ua Ua0 时,时,n 始终为零。始终为零。Ua0为为最小启动电压最小启动电
13、压 TL 不同,不同,Ua0不同,但直线斜率不同,但直线斜率不变。不变。控制电机控制电机 3 变负载时的调节特性变负载时的调节特性 在变负载的情况下在变负载的情况下,调节特性不再是一调节特性不再是一条直线了。因为不同转速时条直线了。因为不同转速时,负载转矩不同负载转矩不同,相应的电枢电流也不同。相应的电枢电流也不同。nTl0负载转矩与负载转矩与转速的关系转速的关系(变负载)(变负载)nUa变负载变负载时的调时的调节特性节特性控制电机控制电机4 直流伺服电动机低速运转的不稳定性直流伺服电动机低速运转的不稳定性从直流伺服电动机理想的调节特性来看,只要控制从直流伺服电动机理想的调节特性来看,只要控制
14、电压足够小,电机便可以在很低的转速下运行。电压足够小,电机便可以在很低的转速下运行。但是,当电动机工作在几转到几十转每分时但是,当电动机工作在几转到几十转每分时,其其速度就不均匀速度就不均匀,会出现一周内时快、时慢,甚至会出现一周内时快、时慢,甚至暂停的现象,这种现象称为直流伺服电动机的暂停的现象,这种现象称为直流伺服电动机的低速不稳定性低速不稳定性。nUaUa00控制电机控制电机 2)低速时,控制电压数值小,电刷和换向低速时,控制电压数值小,电刷和换向器之间的接触压降不稳定性的影响将增大,故导器之间的接触压降不稳定性的影响将增大,故导致电磁转矩不稳定性增大。致电磁转矩不稳定性增大。3)低速时
15、,电刷和换向器间的摩擦低速时,电刷和换向器间的摩擦不不 稳定性,造成电机本身阻转矩稳定性,造成电机本身阻转矩 T0 的不稳的不稳定性,因而导致输出转矩的不稳定性。定性,因而导致输出转矩的不稳定性。1)低速时,反电势平均值不大,因而齿槽低速时,反电势平均值不大,因而齿槽效应等原因造成的电势脉动的影响将变大,导致效应等原因造成的电势脉动的影响将变大,导致电磁转矩波动较明显。电磁转矩波动较明显。转速波动的原因是:转速波动的原因是:2.4 2.4 直流伺服电动机的工作状态直流伺服电动机的工作状态 在一般情况下,系统中的直流伺服电在一般情况下,系统中的直流伺服电动机大部分时间是处于电动机工作状态。动机大
16、部分时间是处于电动机工作状态。但是当控制信号或负载发生变化时,电动但是当控制信号或负载发生变化时,电动机则从一个稳定状态过渡到另一个稳定状机则从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态。在这过渡过程中,电动机的工作状态态。在这过渡过程中,电动机的工作状态就可能发生变化(就可能发生变化(调速、制动调速、制动)。)。下面以天线控制系统为例,说明直流伺服下面以天线控制系统为例,说明直流伺服电动机在过渡过程中的几种工作状态。电动机在过渡过程中的几种工作状态。控制电机控制电机 电动机以转速电动机以转速n1驱动天线跟踪飞机,此驱动天线跟踪飞机,此时电机的电枢电压为时电机的电枢电压为Ua1,反电势为,反电势为Ea1
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