控制电机 第一章 直流伺服电机 1 原理与运行特性课件.ppt

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1、1.1伺服电动机概述1.2直流伺服电动机的原理1.3直流伺服电动机运行特性1.4直流伺服电动机的控制方式1.5直流伺服电动机的动态特性与特种电机1.6直流伺服电动机的PWM控制1.7直流伺服电动机的应用第1章直流伺服电动机伺服电动机的定义、作用、分类、要求直流伺服电动机结构、原理、参数、模型直流伺服电动机的机械特性直流伺服电动机的调节特性1.1直流伺服电动机的原理与运行特性1.1伺服电动机概述伺服电动机(执行电动机、Servomotor)：一、实现伺服控制功能的电机。二、将输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度输出的电机。全

2、闭环数控系统伺服电动机作用：在自动控制系统中作为执行元件。输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。改变控制电压可以变更伺服电动机的转速大小、反转向等。伺服系统绪论伺服电动机的分类(根据使用的电源性质)：(1)直流(DC)伺服电动机。用在功率稍大的系统中。其输出功率约为1~600w，但也有的可达数下瓦。(2)交流(AC)伺服电动机。通常采用笼型转子两相伺服电动机和空心杯转子两相伺服电动机，所以常把交流伺服电动机称为两相伺服电动机。两相伺服电动机输出功率约为0.1~100w，其中最常用的是在30W以下。自动控制系统对伺服电动机的基

3、本要求：(1)宽广的调速范围。伺服电动机的转速随着控制电压的改变能在宽广的范围内连续调节。1.1伺服电动机概述(2)机械特性和调节特性均为线性。线性的机械特性和调节特性有利于提高自动控制系统的动态精度。机械特性：控制电压一定时，转速随转矩的变化关系；调节特性：电动机转矩一定时，转速随控制电压的变化关系。(3)无“自转”现象。伺服电动机在控制电压为零时能立自行停转。(4)快速响应。电动机的机电时间常数要小，相应地伺服电动机要有较大的培转转矩和较小的转动惯量。这样，电动机的转速便能随着控制电压的改变而迅速变化。1.2直流伺服电动机

4、的原理1.2直流伺服电动机工作原理直流伺服电动机实际就是他励直流电动机。1.2.1直流伺服电机的主要结构主磁极换向磁极电刷装置机座端盖定子转子电枢铁心电枢绕组换向器转轴轴承主磁极风扇换向器电枢绕组极靴机座电枢铁芯利用电刷、换向器来保持同一磁极下的电枢导体电流方向不变，从而产生持续转动力矩。结论：（1）气隙磁场发生畸变；（2）饱和后电枢磁场呈去磁作用，导致每极磁通减小。1.2直流伺服电动机的原理直流伺服电动机的磁场负载后的合成气隙磁场(电枢反应)(a)磁力线分布(b)气隙磁密的空间分布空载磁势电枢反应磁势1.2直流伺服电动机的原

5、理(1)直流伺服电机的电枢电动势(Ea)电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电枢电动势。，称为电动势常数为电机的结构常数式中：直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通及转速有关！！1.2.2直流伺服电机的主要参数1.2直流伺服电动机的原理电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。为电机的转矩常数，有其中，(2)直流伺服电机的电磁转矩(Tem)制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电流成正比！！1.2直流伺服电动机的原理电磁转矩与转子角速度的乘积，它反映了直流电机经过

6、气隙所传递的功率。性质:发电机——从原动机吸收的机械功率全部转化为电功率(EaIa)输出；电动机——从电源吸收的电功率全部转化为机械功率输出。可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电流成正比。为电机的转矩常数，有其中，(3)直流伺服电机的电磁功率(Pem)1.2直流伺服电动机的原理1.2.3直流伺服电机的基本方程(1)电压平衡方程电压暂态平衡方程：电压稳态平衡方程：直流电动机的暂态等效电路1.2直流伺服电动机的原理(2)转矩平衡方程转矩暂态平衡方程：转矩稳态态平衡方程：1.2直流伺服电动机的原理(3)功率平衡方程并励

7、直流电动机的功率流程图功率平衡方程：其中，P2是机械轴上的输出功率。P2=T2ΩP0是空载损耗。P0=T0Ω=pFe+pmec1.机械特性电枢电压Ua等于常数时，转速与电磁转矩之间的函数关系，即n=f(Tem)。直流伺服电动机的运行特性包括机械特性和调节特性。1.3运行特性其中，为理想空载转速；为直线的斜率。直流伺服电动机的机械特性1.3运行特性n0-理想空载转速Tk-堵转转矩-直线斜率理想空载转速n0：n0是电磁转矩Te=0时的转速，由于电机空载时Te=T0，电机的空载转速低于理想空载转速。堵转转矩Tk：Tk是转速n=0时的

8、电磁转矩。机械特性的斜率k：k的大小表示电机电磁转矩变化所引起的转速变化程度：k越大，则转矩变化时转速变化大，机械特性软，反之越硬。1.3运行特性直流伺服电动机的机械特性（2）电枢电压对机械特性的影响n0和Tk都与电枢电压成正比，而斜率k则与电枢电压无关。对应于不同的电枢电压