第1章 执行机构与驱动单元直流伺服电机ppt课件.ppt

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1、1.2直流伺服电机及驱动单元1.2.1直流伺服电机的分类及特点直流伺服电机有永磁式和电磁式两种基本类型。电磁式直流伺服电机按励磁方式的不同又分为他励、并励、串励和复励四种。直流伺服电机具有以下特点：（1）良好的控制特性：调速方便、范围宽，线性度好，低速性能好。（2）起动转矩大。（3）响应快速，即电机的时间常数较小。1.2.2直流伺服电机的工作原理直流电通过电刷和换向片通入导体（电枢），电磁力对转轴构成力矩。力距：电磁力：B—磁通密度；l—导体在磁场中的长度；I—导体中流过的电流；D—电枢直径。电枢磁极换向器电刷导体ab,cd

2、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。当线圈转动180°,导体cd处于N极下，电流由d到c，S极下导体电流由b到a，导体受力仍然是逆时针方向。虽然两段导体中的电流方向发生了变化，但各磁极对应的导体电流方向不变，即转矩不变，从而使其按一定方向连续旋转。abcd1.2.3直流伺服电机的特性1.稳态关系式电磁转矩：CT—转矩常数，由电机结构决定；Φ—每极总磁通；Ia—电枢电流。电枢反电势：Ce—电动势常数，由电机结构决定；n—电枢转速。转矩平衡

3、：TS—总阻转矩；T0—电机阻转矩；TL—负载转矩。电压平衡：Ua—电机端电压；Ra—电枢内阻。2.机械特性机械特性是指控制电压信号一定时，转速与电磁转矩之间的关系。即n=f（T），可由前面稳态关系式导出。n0为理想空载转速，Td为堵转转矩n0TdTn斜率越小，转速受负载阻转矩变化的影响越小，机械特性越硬;反之，则越软。n0TdTnΔnΔT电枢电压升高，机械特性曲线向右平移。n0TdTnΔnΔTTnUa1Ua2Ua3Ua1>Ua2>Ua3n03n02n01Td3Td2Td1控制电路电阻会引起电枢回路总电阻增大，使斜率变大，从

4、而使机械特性变软。TnRi2Ri1Ri1>Ri23.调节特性(1)定义调节特性是指在负载一定的情况下（即总阻转矩一定时），稳态转速随控制电压变化的关系，即n=f（Ua）。始动电压（由n=0→n>0）UanUa0负载变化时，调节特性的斜率不变；负载越大，调节特性曲线越向右移。始动电压（n=0→n>0）UanUa01Ua02Ua03Ts1Ts2Ts3Ts1

5、0Uan4.动态特性(1)动态过渡过程产生原因机械惯性——转动惯量的存在，使转速不能突变，需要经过一个渐变的过程才能达到新的稳态。电磁惯性——电枢绕组的电感使电枢电流不能突变，也需要经过一个渐变过程，才能达到新的平衡。调整过程：重新满足稳态四大关系式时，达到新的稳态，动态过程结束。(2)动态关系式J—转子的总转动惯量；La—电枢回路电感；Ω—转子转动的角速度（Ω=2πn/60）；其它变量与稳态关系式相同。在式则中，得：再由将上式以及带入电压平衡式中，则有Ua为阶跃输入时:机电时间常数电气时间常数设:则:过渡过程曲线4d

6、jia(t)n(t)n0ianotiann0otia(t)n(t)4dj1.2.4直流伺服电机的控制方法1.直流电机的启动方式电机从静止状态过渡到稳速的过程称作启动过程。电机的启动性能有以下几点要求：（1）启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时的总阻转矩。（2）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保持足够大的电磁转矩，以利于缩短启动时间。直流电机常采用电枢回路串电阻或降压启动方式启动。2.直流伺服电机的励磁方式他励：用另一路电源给励磁绕组供电。永磁式直流伺服电机可看作是一种他励式直流电机

7、。并励：励磁绕组与电枢绕组并联供电。串励：励磁绕组与电枢绕组串联供电。复励：并励和串励方式的综合。他励并励串励复励不同励磁方式时的机械特性串励特性较软，并励或他励特性较硬，而复励具有两者的复合特性。实际应用中可视负载的特性来选择相应的励磁方式。并励或他励复励串励nT3.直流伺服电机的调速（1）改变电枢电压Ua；（2）电枢回路串入调节电阻Rtj；（3）改变磁通，即改变励磁回路的调节电阻Rfj，以改变励磁电流，进而改变励磁磁通。RtjRfjEaUaIfUf4.直流伺服电机的停转电机转子和负载具有的惯性，停转时被摩擦和空气阻力矩等

8、慢慢消耗，通常需采取一定的措施来缩短停止转动的时间。反接制动：在停转前，按照使电机反向转动的方式进行控制，使电机迅速减速后，再使控制电压变为零。动能制动：使控制电压变为零的同时，将电枢绕组短接。这时，电机工作在发电机状态，反电势形成的电流产生电磁力矩，使电机迅速减速。降压制动：减小加在电枢