《直流伺服電動(dòng)機(jī)》PPT課件.ppt

1、第3章 直流伺服電動(dòng)機(jī),直流伺服電機(jī)的應(yīng)用,隨動(dòng)系統(tǒng),遙控和遙測系統(tǒng),運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),自動(dòng)化,軍事技術(shù)領(lǐng)域,直流伺服電機(jī),自動(dòng)控制系統(tǒng)對其基本要求： 1）可控性好，控制信號消失即停止運(yùn)轉(zhuǎn)； 2）運(yùn)行性能好，機(jī)械和調(diào)節(jié)特性均為線性； 3）調(diào)速范圍廣； 4）快速響應(yīng)性強(qiáng)； 5）體積小、重量輕、控制功率小,直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖,3.1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理,A、 B兩電刷間加直流電壓使導(dǎo)體中流入電流(N(S)極下電流方向始終不變),通電導(dǎo)體受到的電磁力的值為F=Bli,電磁力對轉(zhuǎn)軸形成順時(shí)針方向的恒定轉(zhuǎn)矩（電磁轉(zhuǎn)矩）， 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子而使其旋轉(zhuǎn)。,電能,機(jī)械能,3.2 電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩平衡方程式,3.2.1

2、電磁轉(zhuǎn)矩,一根導(dǎo)體產(chǎn)生的力矩,取平均磁通密度,轉(zhuǎn)矩系數(shù),3.2.2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程式,電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行,電機(jī)轉(zhuǎn)速變化,輸出轉(zhuǎn)矩,阻轉(zhuǎn)矩,負(fù)載轉(zhuǎn)矩,電機(jī)加速,電機(jī)減速,總阻轉(zhuǎn)矩,3.3 直流電動(dòng)機(jī)的反電勢和電壓平衡方程式,3.3.1 電樞繞組中的反電勢,電樞導(dǎo)體通電便產(chǎn)生電磁力矩,由左手定則可確定電磁力F的方向，亦即電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向,由右手定則可確定導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e,3.3.2 電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程式,供電電壓穩(wěn)定,TLTIan TLTIan,供電電壓波動(dòng),供電電壓穩(wěn)定時(shí),電樞回路串聯(lián)電阻啟動(dòng),為何？,啟動(dòng)電流過大！,隨轉(zhuǎn)速上升，需逐級切除串聯(lián)電阻！,3.4.2 直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法,

3、大功率,直接啟動(dòng),小功率,3.4 直流電動(dòng)機(jī)的使用,3.4.3 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法,改變電機(jī)端電壓Ua,在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rtj,改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)電阻Rfj,Ua-n Ua-n,Rtj -n Rtj -n,Rfj- n Rfj-n,只能使勵(lì)磁電流減小， 所以只能將轉(zhuǎn)速調(diào)高,3.4.4 改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法,改變磁通的方向,改變電樞電流的方向,改變磁通和電樞電流的方向,3.4.5 使用中必須注意的問題,1. 啟動(dòng)時(shí)要使勵(lì)磁磁通最大（為獲得最大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩）,2. 切勿使勵(lì)磁回路斷開,啟動(dòng)電路正確接法,啟動(dòng)電路錯(cuò)誤接法,帶負(fù)載,空載,將產(chǎn)生很大的堵轉(zhuǎn)電流,將產(chǎn)生飛車事故,3.5 直流伺服電動(dòng)機(jī),3.

4、5.1 直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類,永磁式,電磁式,直流伺服電動(dòng)機(jī),他勵(lì)勵(lì)磁方式,并勵(lì)勵(lì)磁方式,串勵(lì)勵(lì)磁方式,復(fù)勵(lì)勵(lì)磁方式,3.5.1 直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu),直流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)相同,3.6 直流伺服電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性,3.6.1 機(jī)械特性 表征電動(dòng)機(jī)在電樞電壓Ua不變時(shí)， 轉(zhuǎn)速隨負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩(或電磁轉(zhuǎn)矩)變化規(guī)律的曲線稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。,理想空載轉(zhuǎn)速,機(jī)械特性軟硬程度,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,Ua越大，曲線位置越高,機(jī)械特性曲線,控制系統(tǒng)中放大器內(nèi)阻的影響,放大器等效電路,放大器內(nèi)阻的加入使機(jī)械特性變軟！,輸出轉(zhuǎn)矩的機(jī)械特性,用輸出轉(zhuǎn)矩表示的機(jī)械特性,如何得出機(jī)械特性曲線, 直接測出一組n、T2數(shù)據(jù)，做曲線 測

5、出電樞電流/電壓、轉(zhuǎn)速，經(jīng)過計(jì)算后間接測出曲線,電磁轉(zhuǎn)矩不可測量,3.6.2 調(diào)節(jié)特性 電動(dòng)機(jī)在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下， 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的關(guān)系稱為電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性。,！,1、負(fù)載為常數(shù)時(shí)調(diào)節(jié)特性曲線,Ts不變時(shí)，n與Ua為線性關(guān)系！,始動(dòng)電壓,1、可變負(fù)載時(shí)調(diào)節(jié)特性曲線,空氣阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系,可變負(fù)載時(shí)調(diào)節(jié)特性,nTL增量IaRa增量Ea增量n增量,電壓平衡方程式,常常用實(shí)驗(yàn)的方法直接測出電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性。 此時(shí)電機(jī)和負(fù)載耦合，并由放大器提供信號電壓。在實(shí)驗(yàn)中測出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n隨放大器輸入電壓U1變化的曲線，因此所得到的是帶有放大器的直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性曲線。,如何得出調(diào)節(jié)特性曲線,3.7

6、 直流伺服電動(dòng)機(jī)在過渡過程中的工作狀態(tài),電動(dòng)機(jī)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)向另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過渡過程中的工作狀態(tài)。,發(fā)電機(jī)工作狀態(tài),反接制動(dòng)工作狀態(tài),動(dòng)能制動(dòng)工作狀態(tài),3.7.1 發(fā)電機(jī)工作狀態(tài),電動(dòng)機(jī)狀態(tài),發(fā)電機(jī)狀態(tài),3.7.2 反接制動(dòng)工作狀態(tài),電動(dòng)機(jī)狀態(tài),反接制動(dòng)狀態(tài),Ua3方向同于Ea1,3.7.3 動(dòng)能制動(dòng)工作狀態(tài),電動(dòng)機(jī)狀態(tài),動(dòng)能制動(dòng)狀態(tài),3.8 直流伺服電動(dòng)機(jī)的過渡過程,為了分析控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性， 不僅需要知道電機(jī)在過渡過程中的工作狀態(tài)， 而且還要進(jìn)一步了解電機(jī)的轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn)矩、 電流、 功率等物理量在過渡過程中隨時(shí)間變化的規(guī)律， 以及過渡過程時(shí)間和電機(jī)參數(shù)的關(guān)系。,產(chǎn)生過渡過程的原因,兩種慣性

7、,機(jī)械慣性,電磁慣性,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,電樞電感,轉(zhuǎn)速不能突變,電流不能突變,時(shí)間短得多,3.8.1 伺服電動(dòng)機(jī)過渡過程的分析,動(dòng)態(tài)電壓平衡方程式,動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩平衡方程式,代入,求解,微分方程,初始條件,機(jī)電時(shí)間常數(shù),電磁時(shí)間常數(shù),過渡過程中轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia隨時(shí)間變化的規(guī)律:,在 4dj時(shí)的過渡過程,在 4dj時(shí)的過渡過程 ,在jd時(shí)的過渡過程,非周期過渡過程,周期振蕩過渡過程,機(jī)電時(shí)間常數(shù)定義,機(jī)電時(shí)間常數(shù)的單位,單位kgm2,單位rmin,單位Nm,機(jī)電時(shí)間常數(shù)單位s,一般直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)大約在十幾毫秒到幾十毫秒之間。 快速低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)通常在10 ms以下， 空心

8、杯電樞永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)可小到23 ms。,3.9 直流力矩電動(dòng)機(jī),產(chǎn)生的原因：,某些自動(dòng)控制系統(tǒng)要求被控對象的運(yùn)動(dòng)速度非常低，普通伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，需要齒輪減速，而齒輪間隙會造成振蕩。,應(yīng)用：,雷達(dá)天線、位置伺服系統(tǒng)、低速伺服系統(tǒng),優(yōu)勢：,轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大,工作原理和基本結(jié)構(gòu),工作原理和普通伺服電機(jī)相同,提高轉(zhuǎn)矩的原因,降低轉(zhuǎn)速的原因,理想空載,理想空載,3.10 低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī),產(chǎn)生的原因：,普通伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、低速運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn)、換向火花對無線電造成干擾，在某些控制系統(tǒng)中應(yīng)用受到限制,應(yīng)用：,高精度的自動(dòng)控制系統(tǒng)及測量裝置、數(shù)控機(jī)床、雷達(dá)天線等,優(yōu)勢：,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低,杯形電樞直流伺服電機(jī),用于高精度的自動(dòng)控制系統(tǒng)及測量裝置等設(shè)備中。如電視攝像機(jī)、錄音機(jī)、X-Y函數(shù)記錄儀、機(jī)床控制系統(tǒng)等,盤形電樞直流伺服電機(jī),用于數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)和其他伺服系統(tǒng),無槽電樞直流伺服電機(jī),用于要求快速動(dòng)作、功率較大的系統(tǒng)，例如數(shù)控機(jī)床和雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)等,電樞鐵心為光滑、無槽的圓柱體。電樞的制造是將敷設(shè)在光滑電樞鐵心表面的繞