第3章 直流伺服电动机.ppt

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1、第3章直流伺服电动机3.1直流电动机3.2电磁转矩和转矩平衡方程式3.4直流电动机的使用3.5直流伺服电动机及其控制方法3.6直流伺服电动机的稳态特性3.9直流力矩电动机习题3.1直流电动机直流电动机的基本结构和直流测速发电机相同，所不同的是电动机的输入为电压信号，输出为转速信号。3.2电磁转矩和转矩平衡方程式3.2.1电磁转矩定义：电枢上所有导体产生的转矩之和，等于一跟导体所生的平均电磁力矩乘上电枢的总导体数N，所以有：公式：其中称转矩常数。3.2.2电动机转矩平衡方程式稳定转矩平衡方程动态转矩平衡方程实际上，电动机经常运行在转速变化的情况下，例如启动、停转或反转

2、等，因此必须讨论转速改变时的转矩平衡关系。当电机的转速改变时，由于电机及负载具有转动惯量，将产生惯性转矩Tj其中,J是负载和电动机转动部分的转动惯量;Ω是电动机的角速度；是电动机的角加速度。或(3-7)这时，电动机轴上的转矩平衡方程式为电动机轴上的转矩平衡方程式应用利用动态转矩平衡方程可以根据控制系统技术指标选用电机。例如根据实际使用情况，规定负载的应达到的最大角加速度，从而规定电机的最大角加速度，如果已知电动机轴上的负载转矩TL以及电机本身和负载的转动惯量，就可以据式3-7求出所需的输出转矩T2。电机的输出转矩可以由电机的额定值计算，这样便可以按照系统的要求确定选

3、用某一规格的电机。3.4直流电动机的使用3.4.1直流电动机的启动启动要求：①启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时阻转矩，包括总阻转矩和惯性转矩。②启动时电枢电流不要太大，一般把启动电流限制在允许电流值的1.5～2倍以内。③要求电动机有较小的转动惯量和加速过程中保持足够大的电磁转矩，以利于缩短启动时间。3.4.2直流电动机的调速方法调速方法：(1)改变电机端电压Ua,即改变电枢电源电压；(2)改变电枢回路的调节电阻Rtj。(3)改变磁通Φ，即改变励磁回路的调节电阻Rfj以改变励磁电流If。要改变电动机的转向，必须改变电磁转矩的方向。根据左手定则可知，改变电磁转矩的方

4、向有两种方法：(1)改变磁通的方向;(2)改变电枢电流的方向。请注意：如果磁通、电枢电流方向均变，则电磁转矩方向不变。所以要改变电动机的转向，必须单独改变电枢电流的方向或单独改变励磁电流的方向。3.4.3改变电动机转向的方法1.启动时要使励磁磁通最大。为了获得大的启动转矩，启动时，励磁磁通应为最大。因此启动时，励磁回路的调节电阻必须短接，并在励磁绕组两端加上额定励磁电压。3.4.4使用中必须注意的问题2.切勿使励磁回路断开。如果启动前励磁回路已断开，则电机不能启动。如果在运行中断开，则将发生危险地事故。两种情况3.5直流伺服电动机及其控制方法当电动机负载转矩TL不变

5、，励磁磁通Φ不变时，升高电枢电压Ua，电机的转速就升高，反之，降低电枢电压Ua,转速就下降。在Ua=0时，电机则不转。当电枢电压的极性改变时，电机就反转。因此，可以把电枢电压作为控制信号，实现电动机的转速控制。T=CTΦIa移项后，得到电枢电压Ua,转速n以及电磁转矩T的关系：在稳态时，电动机的电磁转矩与轴上的阻转矩相平衡，即T=Ts。所以稳态时，上式可以写成3.6直流伺服电动机的稳态特性要实现准确的速度控制，就要了解电动机在电枢电压Ua不变时，转速随负载阻转矩(或电磁转矩)变化的规律。表征这个规律的曲线称为电动机的机械特性。3.6.1机械特性在自动控制系统中，为了

6、控制伺服电动机的转速，就需要知道电动机在带了负载以后，转速随控制信号变化的情况。也就是要知道，电动机在带了负载以后，加多大的控制信号，电动机能转动起来；加上某一大小的控制信号时，电动机的转速为多少。电动机在一定的负载转矩下，稳态转速随控制电压变化的关系称为电动机的调节特性。3.6.2调节特性电动机的负载转矩主要是动摩擦转矩TL加上电机本身的阻转矩T0，所以电动机的总阻转矩Ts=TL+T0。在转速比较低的条件下，总阻转矩Ts是一个常数。由式：1)负载为常数时的调节特性表征调节特性两个量①始动电压——Ua0，是电动机处于待动而未动这种临界状态时的控制电压。②调节特性的斜

7、率——，与负载无关，仅由电机本身的参数决定。图3-16直流伺服电动机的调节特性图3-17直流伺服电动机的调节特性曲线组在自动控制系统中，电动机的负载多数情况下是不变的，但有时也遇到可变负载。例如当负载转矩是由空气摩擦造成的阻转矩时，则转矩随转速增加而增加，并且转速越高，转矩增加得越快。转矩随转速变化的大致情况如图3-18所示。2)可变负载时的调节特性变负载的情况下，调节特性不再是一条直线了。这是因为，在不同转速时，由于阻转矩Ts不同，相应的电枢电流Ia=Ts/(CTΦ)也不同。当电枢电压Ua改变时，电枢内阻上的电压降IaRa不再保持为常数，因此反电势Ea的变化不