第1章 直流伺服电.ppt

第1章 直流伺服电动机 1.1 直流伺服电动机 1.2 无刷直流电动机 1.3 直流力矩电动机 1.1 直流伺服电动机 1.结构与分类 2.原理 3.应用 直流伺服电动机是以直流电源驱动的电动执行器件。 直流电动机分类 1）传统型：与普通直流电动机基本相似。根据励磁方式可以分为：永磁式和电磁式 2）低惯量型直流伺服电动机 常见三种：盘型，空心杯型，无槽电枢型 直流电机及其基本结构 直流电机及其基本结构 盘式电枢直流伺服电动机 盘式电枢直流伺服电动机 无槽电枢直流伺服电动机 无槽电枢直流伺服电动机 空心杯电枢直流伺服电动机 空心杯电枢直流伺服电动机 2.运行原理 1）控制方式 励磁控制和电枢电压控制 励磁控制：这种调速方法的特点是由于励磁回路的电流很小，只有额定电流的（1～3）%，不仅能量损失很小，且电阻可以做成连续调节的，便于控制。其限制是转速只能由额定磁通时对应的速度向高调，而电动机最高转速要受到电机本身的机械强度及换向的限制。 电枢电压控制 优点：改变电枢电压调节转速的方法具有较好的调速性能。由于调电压后，机械特性的“硬度”不变，因此有较好的转速稳定性，调速范围较大，同时便于控制，可以做到无级平滑调速，损耗较小。在实际工程当中，常常采用这种方法。 采用这种方法的限制是： 转速只能由额定电压对应的速度向低调。此外，应用这种方法时，电枢回路需要一个专门的可调压电源，过去用直流发电机-直流电动机系统实现，由于电力电子技术的发展，目前一般均采用可控硅调压设备—直流电动机系统来实现。 2)静态特性 所谓静态特性是指电机在稳定运行状态下，转速与电枢电压（励磁恒定），转速与电磁转矩之间的关系。 前者可称为调节特性 后者可称为机械特性 静态特性 静态特性 1. 电动势平衡方程式： Ua=Ea+IaRa 2. 反向电动势： Ea = CeΦn = Ken 3. 电磁转矩： Tem = CmΦIa = KmIa 4.由1，2，3联立求解： 机械特性 调节特性 3)动态特性 产生过渡过程的原因， 主要是电机中存在两种惯性： 机械惯性和电磁惯性。 当电枢电压突然改变时， 由于电机和负载有转动惯量， 转速不能突变， 需要有一个渐变的过程， 才能达到新的稳态， 因此转动惯量是造成机械过渡过程的主要因素。 另外， 由于电枢绕组具有电感， 电枢电流也不能突变， 也需要有一个过渡过程， 所以电感是造成电磁过渡过程的主要因素。 动态方程 （1） 因电枢绕组具有电感， 在过渡过程中电枢电流在变化， 所以在电枢回路中将产生电抗压降 ， 其中La为电刷两端的电感。 因此， 动态电压平衡方程式应写成 动态方程 （2）反向电动势方程： ea = CeΦn （3）电磁转矩方程： Tem = J （4）由（1）（2）（3）可得 动态方程 令 1.1.3直流伺服电动机的应用 （1）PWM调制原理 应用 应用 （2）单极性可逆调速系统 应用 （3）双极性可逆调速系统 应用 2.直流伺服电动机的微处理器控制（自学） 1.2 无刷直流电动机P23 1.2.1 无刷直流电动机的结构与组成 1.电动机 普通永磁直流电动机的电枢在转子上，永磁磁极在定子上。 无刷直流电动机与此相反，它的电枢在定子上，永磁磁极在转子上，与同步电动机相似。 1.电动机 1.电动机 2.转子位置检测器 （1）电磁式 （2）光电式 （3）磁敏式 （4）无传感器 （1）电磁式 （2）光电式 （3）磁敏式 （3）磁敏式 （3）磁敏式 3.电子换向电路 3.电子换向电路 3.电子换向电路 1.2.2 无刷直流电机的控制方法 附：电角度和机械角度 机械角度是指电机转子的旋转角度,由Θm表示； 电角度是指磁场的旋转角度，由Θe表示。 当转子为一对极时，Θm=Θe； 当转子为n对极时，Θe=nΘm。 2. 工作原理 1）旋转磁场的产生 假定电机定子为3相6极，星型连接。转子为一对极。 电流方向不同时，产生的磁场方向不同。 若绕组的绕线方向一致，当电流从A相绕组流进，从C相绕组流出时，电流在两个绕组中产生的磁动势方向是不同的。 6步通电顺序 三相绕组通电遵循如下规则(22导通120°模式)： 每步三个绕组中一个绕组流入电流，一个绕组流出电流，一个绕组不导通； 通电顺序如下： 1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C- 6步通电顺序 1.A+B- 2.C+B- 3.C+A-