第03章_直流伺服电动机.ppt

第3章 直流伺服电动机 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 3.7 直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态 3.8 直流伺服电动机的过渡过程 3.9 直流力矩电动机 3.10 低惯量直流伺服电动机 思考题与习题 3.1 直流电动机的工作原理 如图所示： 从以上分析可见，在直流电动机中，加在线圈上的电流是交变的，但产生的电磁转矩方向却是恒定的，所以在这里，经过换向器作用将直流逆变成了交流电，是一个逆变过程。 三、电机的可逆原理： 一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是外界条件不同而已。 如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。 这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。 3.2 电磁转矩和转矩平衡方程式 1）先求一个导体的平均电磁力： 2）平均电磁力乘以电枢的半径，即得到一根导体所受的平均转矩： 3）电机总的电磁转矩则为： 式中： 是一个常数，称为转矩常数， 是电枢总电流，可知，电磁转矩的大小正比于每极磁通和电枢电流。 转矩常数与电动势常数之间的关系， 或 三、直流电机的电磁功率： 1.电动机克服负载转矩匀速旋转时： 很明显，当 时，即驱动转矩大于制动转矩，电机加速运行； 3.3 直流电动机的反电动势和电压平衡方程式 3.3.1 电枢绕组中的反电动势： 可见，感应电势的方向与 电流的方向相反，有阻止 电流流入电枢绕组的作用， 因此是一种反电动势。 3.3.2 直流电动机的电压平衡方程式： 参考正方向如下图示。 1、电动势平衡方程式： Ua=Ea+IaRa 在电动机中，显然端电压必须大于反电动势，由此得到电动机的转速为： 当电枢电压和磁通不变时，有以下关系推导： 3.4 直流电动机的使用 3.4.1 直流电动机的额定值： 1．额定容量 PN ： （功率）（kW） 2．额定电压 UN ： （V）； 3．额定电流 IN ： （A）; 4．额定转速 nN ： （r／min）； 5．额定励磁电流If ： （A） 注意：额定容量，对直流发电机来说，是指电刷端输出的电功率，对直流电动机来说，是指轴上输出的机械功率。 所以，直流发电机的额定容量为： 而直流电动机的额定功率为： 6.额定转矩T2n: 考虑到铭牌上的是转速值，所以： 3.4.2 直流电机的起动 一、直流电动机的起动： 起动：电机接上电源从静止状态转动起来到达稳态运行，这 就是电动机的起动过程。 起动要求：1、起动转矩要足够大， 2、起动电流不要太大。 注意：因为在起动时，n=0,反电动势Ea=0 所以，起动电流为： 而电枢电阻是一个很小的数值，故起动电流很大，将达到额定电流的10-20倍。这样大的起动电流将产生很大的电动力，损坏电机绕组，同时引起电机换向困难。因此，除了很小容量的电动机可采用直接加电压起动的方法外，一般零点 几千瓦的直流电动机都不能采用这种方法。 1、直流电动机的起动方法： 1）电枢回路串电阻起动： 随着转速的升高，反电动势增大，起动电流减小，同时起动转矩也在减小，所以为了在整个起动过程中保持一定的起动转矩 ，加速电动机的起动过程，采用将起动电阻逐级切除。 2）他励直流电动机降低电枢电压起动： 因无外串电枢电阻,这种方法在起动过程中不会有大量的能量消耗。 串励与复励直流电动机的起动方法基本上与并励直流电动机一样，采用串电阻的方法以减小起动电流。 3、直流电动机的调速： 由机械特性方程： 可知，他励直流电动机有3种方法可以调速： （1）降低电枢电压； （2）减小励磁电流，即减小磁通； （3）电枢回路串入调节电阻。 1）降低电枢电压调速： 因为电机在正常工作时，电枢电压不能超过额定电压，所以，采用向下调速。很显然，在这里，只改变了 ，所以我们将得到一系列平行与固有特性的曲线。如图19.28 所示。