伺服系统与变频器应用技术-2(1).ppt

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1、机电设备伺服与变频应用技术机电设备伺服与变频应用技术第二单元直流伺服控制（1）——直流伺服电动机及其调速系统2.直流伺服电动机调速系统Page3本讲主要内容1.直流伺服电动机Page42.1直流伺服电动机直流伺服电机具有良好的调速特性、较大的启动转矩和相对功率、易于控制及响应快等优点，可很方便地在宽范围内实现平滑无级调速，故多采用在对伺服电动机的调速性能要求较高的生产设备中。Page52.1直流伺服电动机2.1.1结构组成及工作原理1．结构组成直流伺服电动机在结构上主要由定子、转子、电刷及换向片等组成，如图3-1所示。图2-1直流伺服

2、电动机基本结构Page62.1直流伺服电动机（1）定子定子磁极磁场由定子的磁极产生。根据产生磁场的方式，可分为永磁式和他激式。永磁式磁极由永磁材料制成，他激式磁极由冲压硅钢片叠压而成，外绕线圈，通以直流电流便产生恒定磁场。（2）转子又叫电枢，由硅钢片叠压而成，表面嵌有线圈，通以直流电时，在定子磁场作用下产生带动负载旋转的电磁转矩。（3）电刷与换向片为使所产生的电磁转矩保持恒定方向，转子能沿固定方向均匀地连续旋转，电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相接。1．结构组成2.1.1结构组成及工作原理Page72.1直流伺服电动机如图2-2

3、所示，电机转子上的载流导体(即电枢绕组)在定子磁场中，受到电磁转矩的作用，使电机转子旋转，其转速为（2-1）由式（2-1）可见，可通过改变电枢电压Ua或改变每极磁通ф来控制直流伺服电动机的转速，前者称为电枢电压控制，后者称为励磁磁场控制。由于电枢电压控制具有机械特性和调节特性的线性度好、输入损耗小、控制回路电感小且响应速度快等优点，所以直流伺服系统多采用电枢电压控制。2.1.1结构组成及工作原理2．工作原理Page82.1直流伺服电动机2.1.2主要特性1．运行特性电动机稳态运行，回路中电流保持不变，电枢电流切割磁场磁力线所产生的电磁转矩

4、Tm为（2-2）由式（2-2）代入式（2-1），则直流伺服电动机运行特性表达式（2-3）式中，Cm——转矩常数，仅与电动机结构有关。Page92.1直流伺服电动机当直流伺服电动机的电枢控制电压Ua和激励磁场强度ф均保持不变，则角速度ω可看作是电磁转矩Tm的函数，即ω=f(Tm)，该特性称为直流伺服电动机的机械特性，表达式为：（2-4）式中，ω0——常数，根据式（2-4），给定不同的Tm值，可绘出直流伺服电动机的机械特性曲线，如图2-3所示：Ua1>Ua2>Ua3图2-3直流伺服电动机的机械特性2.1.2主要特性1．运行特性——机械特性Pa

5、ge102.1直流伺服电动机直流伺服电动机的机械特性曲线是一组斜率相同的直线簇，每条机械特性和一种电枢电压Ua相对应，且随着Ua增大，平行地向转速和转矩增加的方向移动。与ω轴的交点是该电枢电压下的理想空载角速度ω0，与Tm轴的交点则是该电枢电压下的启动转矩Td。机械特性的斜率为负，说明在电枢电压不变时，电动机转速随负载转矩增加而降低。机械特性的线性度越高，系统的动态误差越小。2.1.2主要特性1．运行特性——机械特性由图2-3可见：Ua1>Ua2>Ua3图2-3直流伺服电动机的机械特性Page112.1直流伺服电动机当直流伺服电动机的电

6、激励磁场强度ф和电磁转矩Tm均保持不变，则角速度ω可看作是电枢控制电压Ua的函数，即ω=f(Ua)，该特性称为直流伺服电动机的调节特性，表达式为式中，k—常数，根据式（2-5），给定不同的Tm值，可绘出直流伺服电动机的调节特性曲线，如图3-4所示。Tm3>Tm2>0图2-4直流伺服电动机的调节特性2.1.2主要特性1．运行特性——调节特性（2-5）Page123.1直流伺服电动机Tm3>Tm2>0图2-4直流伺服电动机的调节特性3.1.2主要特性1．运行特性——调节特性由图2-4可见：直流伺服电动机的调节特性曲线一组斜率相同的直线簇，每条

7、调节特性和一种电磁转矩Tm相对应，且随着Tm增大，平行地向电枢电压增加的方向移动。与Ua轴的交点表示在一定的负载转矩下，电动机启动时的电枢电压，且随负载的增大而增大。调节特性的斜率为正，说明在一定负载下，电动机转速随电枢电压的增加而增加。调节特性的线性度越高，系统的动态误差越小。Page132.1直流伺服电动机电动机的输入功率、输出功率、效率、转速、电枢电流与输出转矩的关系。图2-5电磁式直流伺服电动机工作特性图2-6永磁式直流伺服电动机工作特性P1—输入功率；P2—输出功率；η—效率；P1—输入功率；P2—输出功率；η—效率；n—转速；

8、Ia—电枢电流；T—输出转矩。n—转速；Ia—电枢电流；T—输出转矩。2.1.2主要特性2．工作特性Page142.1直流伺服电动机2.1.2主要特性3．主要参数1）空载启动电