直流伺服電動(dòng)機(jī)精品課件

直流伺服電動(dòng)機(jī)電氣工程及其自動(dòng)化0701鹿鳴明1.直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理2.直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作特性4.直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用1.工作原理1.1工作原理直流伺服電機(jī)本身就是直流電動(dòng)機(jī)。直流電機(jī)的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上的，電磁力的大小與電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)成正比。1.2直流伺服電機(jī)的分類直流電機(jī)按其勵(lì)磁方式分為永磁式、勵(lì)磁式(他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì))、混合式(勵(lì)磁和永磁合成)三種；按電樞結(jié)構(gòu)分為有槽、無槽、印刷繞組、空心杯形等；按輸出量分為位置、速度、轉(zhuǎn)矩(或力)三種控制系統(tǒng)；按運(yùn)動(dòng)模式分為增量式和連續(xù)式；按性能特點(diǎn)及用途不同又有不同品種。1.工作原理直流伺服電機(jī)的調(diào)速

由直流電機(jī)的基本原理分析得到：

n=(u－IaRa)/Ceφ

式中：n──電樞的轉(zhuǎn)速，r/min；

u──電樞電壓；Ia──電樞電流；

Ra──電樞電阻；

由此可知，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方法：(1)改變電樞電壓u。調(diào)速范圍較大，直流伺服電機(jī)常用此方法調(diào)速；(2)變磁通量φ。改變激磁回路的電阻Rf以改變激磁電流If，可以達(dá)到改變磁通量的目的；調(diào)磁調(diào)速因其調(diào)速范圍較小常常作為調(diào)速的輔助方法，而主要的調(diào)速方法是調(diào)壓調(diào)速。若采用調(diào)壓與調(diào)磁兩種方法互相配合，可以獲得很寬的調(diào)速范圍，又可充分利用電機(jī)的容量。(3)在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rt(圖中無表示)，此時(shí)有n=[u－Ia(Ra+Rt)]/Ceφ

此法轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，而且電阻上的銅耗較大，辦法并不經(jīng)濟(jì)，很少使用。2.直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流伺服電動(dòng)機(jī)在原理上與普通的直流電動(dòng)機(jī)并無區(qū)別，但是由于伺服電機(jī)工作特點(diǎn)的要求，在具體實(shí)現(xiàn)上結(jié)構(gòu)有些區(qū)別。2.1

普通的電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)有磁極，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜但控制方便，靈活，既可電樞控制，也可采用磁場(chǎng)控制。2.直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)2.2永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)只能進(jìn)行電樞控制，但是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，體積小、出力大、效率高。2.直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)2.3

線繞盤式直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞無鐵心，沒有磁飽和效應(yīng)和齒槽效應(yīng)，換向性能好，時(shí)間常數(shù)小，快速響應(yīng)性能好。2.直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)2.4印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞無鐵心，沒有磁飽和效應(yīng)和齒槽效應(yīng)，換向性能好，時(shí)間常數(shù)小，快速響應(yīng)性能好2.直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)2.5杯型電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量非常小，具有較高的加速能力，時(shí)間常數(shù)可小于1ms。

2.直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)2.6寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)

具有調(diào)速范圍寬，在閉環(huán)控制中調(diào)速比可做到1：2000以上；過載能力強(qiáng)，最大轉(zhuǎn)矩可為額定轉(zhuǎn)矩的5到10倍；低速轉(zhuǎn)矩大，可以與負(fù)載同軸連接，聲調(diào)減速齒輪，提高傳動(dòng)效率等特點(diǎn)。這類電機(jī)目前已廣泛使用在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)、雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)及其它私服跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作特性3.1機(jī)械特性

改變電樞電壓進(jìn)行控制時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的電樞電壓可以得到一組相互平行的機(jī)械特性曲線。而斜率k與電樞電壓無關(guān)，和電樞電阻Ra成正比。較小的Ra有較硬的機(jī)械特性。3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作特性3.2調(diào)節(jié)特性

直流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性表示在一定的勵(lì)磁條件下，輸出轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)Tl=常值，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n與電樞控制電壓Ua之間的關(guān)系n=f（Ua）。U0、U1、U2、U3分別對(duì)應(yīng)電機(jī)不同負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL0

、TL1、TL2、TL3時(shí)的始動(dòng)電壓，負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)和始動(dòng)電壓越大。

3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作特性3.2調(diào)節(jié)特性啟動(dòng)電壓與直線斜率的說明：

以ML1為例，當(dāng)U<U1時(shí)，因此n始終為0，當(dāng)U達(dá)到電磁轉(zhuǎn)矩和總阻矩相等時(shí)，電機(jī)就達(dá)到臨界狀態(tài)。此時(shí)，

3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作特性3.2調(diào)節(jié)特性啟動(dòng)電壓與直線斜率的說明：

以ML1為例，當(dāng)U>U1時(shí)，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，所以Ia不變。電樞電阻壓降IaRa為常值。這樣電壓平衡方程變?yōu)椋篣-U1=Ea=Ceφn,此時(shí)，若以U1為坐標(biāo)原點(diǎn)，n與Ea的關(guān)系就是一條斜率Ceφ的直線。3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作特性3.3工作特性電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)工作特性永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)工作特性4.直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域非常多。只要是要有動(dòng)力源的，而且對(duì)精度有要求的一般都可能涉及到伺服電機(jī)。如數(shù)控機(jī)床、機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等對(duì)工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求相對(duì)較高