伺服的原理及其应用

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1、www.plcworld.cn§6.4直流伺服电机常用的直流电动机有：永磁式直流电机（有槽、无槽、杯型、印刷绕组）励磁式直流电机混合式直流电机无刷直流电机直流力矩电机直流进给伺服系统：永磁式直流电机类型中的有槽电枢永磁直流电机（普通型）；直流主轴伺服系统：励磁式直流电机类型中的他激直流电机。www.plcworld.cnwww.plcworld.cn§6.4直流伺服电机(一）直流伺服电机的结构主磁极机壳瓦状永磁材料（定子）换向极定子电枢（转子）转子极靴线圈图6.5永磁直流伺服电机的结构图6.6直流主轴电机结构示意图www.plcworld.cnwww.plcworld.cn

2、§6.4直流伺服电机（二）一般直流电机的工作特性1.静态特性电磁转矩由下式表示:TMKTIa（6.1）K—转矩常数；Φ—磁场磁通；I—电枢电流；T—电磁TaM转矩。电枢回路的电压平衡方程式为:UaIaRaEa（6.2）U─电枢上的外加电压；R─电枢电阻；E─电枢反电势。aaa电枢反电势与转速之间有以下关系：EaKe（6.3）K─电势常数；ω─电机转速（角速度）。e根据以上各式可以求得：UaRaTMKeKeKT2（6.4）www.plcworld.cnwww.plcworld.cn§6.4直流伺服电机（二）一般直流电机的工作特性当负载转矩为零

3、时：Ua理想空载转速0Ke（6.5）UaTK当转速为零时：sTRg启动转矩(6.6）Ra当电机带动某一负载TL时TLKeKT2电机转速与理想空载转速的差（6.7）ω（n）△ωωOOTTTLS图6.7直流电机的机械特性www.plcworld.cnwww.plcworld.cn§6.4直流伺服电机（二）一般直流电机的工作特性2.动态特性直流电机的动态力矩平衡方程式为dTMTLJ（6.8）dt式中T─电机电磁转矩；MT─折算到电机轴上的负载转矩；Lω─电机转子角速度；J─电机转子上总转动惯量；t─时间自变量。www.plcworld.cnwww.plcw

4、orld.cn§6.4直流伺服电机（三）永磁直流伺服电机的工作特性1.永磁直流伺服电机的性能特点1)低转速大惯量2)转矩大3)起动力矩大4)调速泛围大，低速运行平稳，力矩波动小2.永磁直流伺服电机性能用特性曲线和数据表描述1)转矩-速度特性曲线（工作曲线）2)负载-工作周期曲线过载倍数T，负载工作周期比d。md3)数据表：N、T、时间常数、转动惯量等等。www.plcworld.cnwww.plcworld.cn§6.4直流伺服电机（三）永磁直流伺服电机的工作特性3.永磁直流伺服电机的工作特性曲线d%M/（N-cm）转矩极限1200080110%10000瞬时换向极限120

5、%60130%8000Ⅲ140%6000Ⅱ换向极限速度极限40160%4000温度极限d180%202000Ⅰ200%050010001500n013tR6103060100tR(min)图6﹒8永磁直流伺服电机工作曲线图6﹒9负载-工作周期曲线Ⅰ区为连续工作区；Ⅱ区为断续工作区，由负载-工作周期曲线决定工作时间；Ⅲ区为瞬时加减速区www.plcworld.cnwww.plcworld.cn§6.4直流伺服电机（四）主轴直流伺服电机的工作原理和特性P,T12Onnnjmax图6.10直流主轴电机特性曲线1-转矩特性曲线2-功率特性曲线www.plcworld.cnwww.p

6、lcworld.cn§6.4直流伺服电机（五）直流进给运动的速度控制•1.、直流伺服电机的调速原理•根据机械特性公式可知调速有二种方法:电枢电压Ua和气隙磁通Φ•⑴改变电枢外加电压Ua:由于绕组绝缘耐压的限制，调压只能在额定•转速以下进行。属于恒转矩调速。UaRaTM0eT2KeKKUaRanTMn0nCeCeCT2•⑵改变气隙磁通量Φ：改激磁电流即可改Φ，在Ua恒定情况下，磁场接•近饱和，故只能弱磁调速，在额定转速以上进行。属于恒功率调速。•2.直流速度控制单元调速控方式•◆晶闸管（可控硅）调速系统•◆晶体管脉宽调制（PWM）

7、调速系统www.plcworld.cnwww.plcworld.cn§6.4直流伺服电机（五）直流进给运动的速度控制晶(1)晶闸管调速系统(1)晶闸管调速系统1）系统的组成•包括控制回路：速度环、电流环、触发脉冲发生器等。•主回路：可控硅整流放大器等。URES速度IRE1电流触发脉冲可控硅+调节器+调节器发生器整流器--IfUf电流反馈电流检测速度反馈编码器电机••速度环：速度调节（PI），作用：好的静态、动态特性。•电流环：电流调节(P或PI)。作用：加快响应、启动、低频稳定等。•触发脉冲发生器：产生移相脉冲，使