直流伺服电机讲义

B：磁场的磁通密度； L： 导体长度； v：导体与磁场相对速度。
e、B、v之间的方向关系可用右 手定则确定。
此为直流发电机原理。
右手定则
直流电机的基本原理 2
当载流导体位于磁场中，导体上受 到的电磁力F:
F = B ×L× i
B：磁场的磁通密度； L： 导体长度； i：导体中的电流。
F、B、i之间的方向关系可用左手 定则确定。
1、光电编码器 2、旋转变压器 3、测速发电机 4、光栅
位置和速度传感器
直流伺服电机术语1
直流伺服电机术语2
第13项 电感L：[mH]
KT[
例题:
❖ 设一台直流电动机原来的运行情况为:电动机 端电压 U=110V,E=90V,R=20Ω,I=1A,N=3000RPM. 如电源电压降低一半,而负载转矩不变,转速将 降低到原来的百分之几?
转动速度越快，则产生的反电动势电压越高。也即反电动势电压与电机转速成正比。反电动势常数KE 就是用来表示这种比例关系的。 KE =E/N （式中E为反电动势:V，N为电机转速:KRPM）。例：用对拖的 方法带动某电机以3000RPM的速度旋转，测得该电机的正负极之间的电压为30V，则其KE 计算方法如下： ❖ KE =E/N=30V/3KRPM=10V/KRPM ❖ 2、永磁直流电机的转矩常数KT ❖ 对于具体的某型号直流电机，通过电机绕组电流越大，则电机轴产生的转矩越大。也即电机的转矩与电 机绕组电流成正比。转矩常数KT 就用来表示电机的转矩与通过电机绕组电流之比。 KT = T / I （式 中T为转矩:NM， I为电流:A） ❖ 例：测得某电机轴的输出转矩为0.35NM，测得此时的绕组电流为非5A，则其KT计算方法如下： ❖ KT = T / I =0.35/5=0.07NM/A
直流电机的损耗 •机械损耗pm：轴vs轴承摩擦/电刷vs换向器摩擦/通风损耗等。这些 损耗主要与转速有关，转速变化不大时，基本为常量。 •铁心损耗pFe:电枢铁心中磁场交变，会产生涡流损耗和磁滞损耗。 铁耗近似与磁密的平方及转速的1.2~1.5次方成正比。 •负载损耗：电枢回路电阻损耗pa=Ia2Ra;电刷接触压降损耗 Pb=2ΔUsIa（可变损耗） •杂散损耗pΔ:齿槽引起磁场脉动引起的铁耗，一些机械部件切割磁 通产生的铁耗等pΔ=(0.5~1)%P2。 直流电机的效率η=P2/P1 式中： P2轴的输出功率； P1.电机的输入电功率。
电角度
直流电机主磁路
4极直流电机
磁通密度的分布图
机械角度
直流电机的基本原理 5
力矩常数
F = B ×L× i e = B ×L× v
T = KT × i e = Ke × n
反电势常数
T
T1 T2 T3 T4 T5 T6
许多线圈组成电枢绕组，使电机输
出力矩脉动降低。
0
直流电机的基本原理 6
❖ 永磁直流电机的反电动势常数KE和转矩常数KT ❖ 1、永磁直流电机的反电动势常数KE ❖ 只要电机在转动，必然会有线圈切割磁力线，所以会有反电动势产生。对于具体的某型号直流电机，其
E = Ke × n
得：
n V R T Ke KT Ke
n0 k T
I
V
e
R
n
n0
V
Байду номын сангаас
n0’
V1
n0”
V2
电压V>V1>V2
0
T
Tmax
永磁直流电机机械特性曲线
永磁直流电机动态特性1
电枢电压方程：
L di R i V e dt
电机转矩： T = KT × i
电机转子有质量、轴承有摩擦，所以电机转矩平衡方程为：
直流电机的基本原理 7
❖ 永磁直流电机的反电动势常数KE和转矩常数KT的关系：
❖ 当以角速度(1/s)单位进行计算时：
❖ Ke= w *P*φ/π=Kt
上式中： ❖ w—每极总计算导体数 ❖ B—计算直径柱面上的磁感应强度 ❖ P—极对数 ❖ φ—每极磁通………………φ=LτB
直流电机的基本原理 8
此为直流电动机原理。
左手定则
电机的可逆性原理： 任何电机既可以作 为发电机运行，也 可以电动机运行， 发电机和电动机只 是一台电机的两种 不同运行方式。
直流电机的基本原理 3
直流电机的基本原理 4
电机的实际结构远比上图复杂。为了得到足够大的、均匀的扭矩： 在电枢上安装了多个绕组，磁极也往往不止一对。
直流伺服电机的特点1
直流伺服电机的功能： 将电控制信号转换为机械信号 ，实现位 置或转速的控制。
直流伺服电机的结构： 和一般直流电机结构相同，只是它
的容积和体积都较小、是一种微型永磁 式直流电机。
直流伺服电机的特点： 体积小、重量轻、转速高、机械特
性好、响应快速、驱动及控制简单。
直流伺服电机的特点2
永磁直流电机机械特性1
对电机物理模型做以下基本假设：
• 电枢磁场不影响励磁磁场大小，即忽略电枢反应的去磁或助磁作用； • 电刷与换向器之间的接触电阻压降用等效电阻取代； • 电机磁路不饱和，电枢电感为常数； • 不考虑换向过程对电路的影响。
永磁直流电机机械特性2
由： T = KT × I 其中： I = (V – E) / R
J
d 2 dt 2
C
d dt
T
TL
感应电动势方程： e Ke d
dt
永磁直流电机动态特性2
TL
.
V
1
i
T-
KT
1
θ
LS+R
-
JS+C
e
•
传递函数： (s)
KT
V (s) (Ls R)(Js C) KT Ke
K s2 2 ns n2
Ke
电磁时间常数：
e
L R
机电时间常数：
M
J C
与交流伺服电机比较，直流伺服电机有以下性能特点： • 低速平稳；适宜10,000RPM以下应用。 • 容易控制； • 成本较低。 • 电机碳刷寿命和换向电火花局限性。 • 功率较小（工业用一般为几瓦~几百瓦）
直流电机的基本原理 1
当导体在磁场中运动而切割磁力线 时，该导体中产生感应电动势e:
e = B ×L× v
固有频率： n
Ke KT LC LJ
LC J R
阻尼比： J L
2 KeKT RC
永磁直流电机重要计算公式的理解和应用
1、T = KT × I 2、I = (V – E) / R 3、E = Ke × n 4、 L di R i V e
dt
5、PO=T × n 6、PI=V× I 7、η=PO / PI ×100%