《直流伺服电动机》PPT课件

第二章 直流伺服电动机
3.4.2 直流电动机的调速方法
n Ua Ia Ra
Ce
调速方法： (1) 改变电机端电压Ua, 即改变电枢电源电压； (2) 改变电枢回路的调节电阻Rtj 。 (3) 改变磁通Φ， 即改变励磁回路的调节电阻Rfj 以改变励磁
电流If。
第二章 直流伺服电动机
3.4.3 改变电动机转向的方法
3.6.2 调节特性
在自动控制系统中，为了控制伺服电动机的转速， 就需要知道电动机在带了负载以后，转速随控制信号 变化的情况。也就是要知道，电动机在带了负载以后， 加多大的控制信号，电动机能转动起来；加上某一大 小的控制信号时，电动机的转速为多少。电动机在一 定的负载转矩下，稳态转速随控制电压变化的关系称 为电动机的调节特性。
第二章 直流伺服电动机
3.4 直流电动机的使用
3.4.1 直流电动机的启动
启动要求：
①启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时阻转矩，包括总
阻转矩
Ts
和惯性转矩 J
dΩ dt
。
②启动时电枢电流不要太大，一般把启动电流限制在允许电 流值的 1.5～2 倍以内。
③要求电动机有较小的转动惯量和加速过程中保持足够大的 电磁转矩，以利于缩短启动时间。

pN
2a
称转矩常数。
第二章 直流伺服电动机
3.2.2 电动机转矩平衡方程式 稳定转矩平衡方程
Ts T0 TL
动态转矩平衡方程 实际上， 电动机经常运行在转速变化的情
况下， 例如启动、 停转或反转等， 因此必须 讨论转速改变时的转矩平衡关系。 当电机的转 速改变时， 由于电机及负载具有转动惯量， 将产生惯性转矩Tj
第二章 直流伺服电动机
第 3章 直流伺服电动机
3.1 直流电动机 3.2 电磁转矩和转矩平衡方程式 3.4 直流电动机的使用 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 3.9 直流力矩电动机 习题
第二章 直流伺服电动机
3.1 直流电动机
直流电动机的基本结构和直流测速发电机 相同， 所不同的是电动机的输入为电压信号， 输出为转速信号。
第二章 直流伺服电动机
1) 负载为常数时的调节特性
电动机的负载转矩主要是动摩擦转矩TL加上电机本
身的阻转矩T0， 所以电动机的总阻转矩Ts=TL+T0。 在
转速比较低的条件下， 总阻转矩Ts是一个常数。
由式：
n
Ua
Ce

Ts Ra
CeCT
2
表征调节特性两个量
①始动电压——Ua0，是电动机处于待动而未动这种临界状 态时的控制电压。
作为控制信号， 实现电动机的转速控制。
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电枢电压Ua,转速n 以及电磁转矩T 的关系：
Ua
移项后，得到

Cen

TRa
CT
n

Ua Ce

TRa CeCT 2
在稳态时，电动机的电磁转矩与轴上的阻转矩相平衡， 即
T=Ts。所以稳态时，上式可以写成
n

Ua
Ce

Ts Ra
两种 情况
第二章 直流伺服电动机
3.5 直流伺服电动机及其控制方法
n Ua Ia Ra
Ce
T=CTΦIa
当电动机负载转矩TL不变，励磁磁通Φ不变时，升 高电枢电压Ua，电机的转速就升高，反之，降低电枢电 压Ua, 转速就下降。在Ua=0 时，电机则不转。当电枢电 压的极性改变时，电机就反转。因此，可以把电枢电压
要改变电动机的转向， 必须改变电磁转矩的方向。 根据左手定则可知， 改变电磁转矩的方向有两种方法：
(1) 改变磁通的方向; (2) 改变电枢电流的方向。 请注意： 如果磁通、 电枢电流方向均变， 则电磁 转矩方向不变。 所以要改变电动机的转向， 必须单独 改变电枢电流的方向或单独改变励磁电流的方向。
CeCT
2
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第二章 直流伺服电动机
3.6直流伺服电动机的稳态特性
3.6.1 机械特性
要实现准确的速度控制， 就要了解电动机在电枢电
压Ua不变时， 转速随负载阻转矩(或电磁转矩)变化的规 律。 表征这个规律的曲线称为电动机的机械特性。
n

Ua
Ce

TRa
CeCT 2

n0
kT
第二章 直流伺服电动机
利用动态转矩平衡方程可以根据控制系统技术 指标选用电机。例如根据实际使用情况，规定负 载的应达到的最大角加速度，从而规定电机的最 大角加速度，如果已知电动机轴上的负载转矩TL以 及电机本身和负载的转动惯量，就可以据式3-7求 出所需的输出转矩T2。电机的输出转矩可以由电机 的额定值计算，这样便可以按照系统的要求确定 选用某一规格的电机。
②调节特性的斜率—— 本身的参数决定。
k

1
Ce
，与负载无关，仅由电机
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图 3 - 16 直流伺服电动机的调节特性
Ua
Ua0

Ts Ra CT
第二章 直流伺服电动机
图 3 - 17 直流伺服电动机的调节特性曲线组
第二章 直流伺服电动机
2)可变负载时的调节特性 在自动控制系统中，电动机的负载多数情况下是不变
第二章 直流伺服电动机
3.4.4 使用中必须注意的问题
1. 启动时要使励磁磁通最大。 为了获得大的启动转矩，启动时，励磁磁通应为最大。 因此启动时，励磁回路的调节电阻必须短接，并在励磁 绕组两端加上额定励磁电压。 2. 切勿使励磁回路断开。 如果启动前励磁回路已断开，则电机不能启动。如果在 运行中断开，则将发生危险地事故。
的，但有时也遇到可变负载。例如当负载转矩是由空气 摩擦造成的阻转矩时，则转矩随转速增加而增加，并且 转速越高，转矩增加得越快。转矩随转速变化的大致情 况如图 3 - 18 所示。
第二章 直流伺服电动机
3.2 电磁转矩和转矩平衡方程式
3.2.1 电磁转矩
定义：电枢上所有导体产生的转矩之和，等于一跟导 体所生的平均电磁力矩乘上电枢的总导体数N，
所以有：
公式： T

N
(
f av

D) 2

N
(Bav
2 p l ia ) (

1) 2

CTI a
其中 CT
第二章 直流伺服电动机
Tj

J
dΩ dt
其中, J是负载和电动机转动部分的转动惯量; Ω是电动
机的角速度；d dt 是电动机的角加速度。
这时， 电动机轴上的转矩平衡方程式为
或
T2
TL

Tj

J
d
dt
T2

TL
Tj

TL

J
d
dt
(3 - 7)
第二章 直流伺服电动机
电动机轴上的转矩平衡方程式应用