第5章直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制課件

第5章直流伺服電動(dòng)機(jī)

及其速度控制第5章直流伺服電動(dòng)機(jī)

及其速度控制15.1直流（DC）伺服電動(dòng)機(jī)概述5.2直流電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基本知識(shí)5.3直流電動(dòng)機(jī)晶閘管供電的速度控制系統(tǒng)5.4晶體管直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)5.5脈寬調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例本章結(jié)構(gòu)5.1直流（DC）伺服電動(dòng)機(jī)概述本章結(jié)構(gòu)25.1直流（DC）伺服電動(dòng)機(jī)概述5.1.1直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本工作原理1.直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本工作原理動(dòng)畫

它的基本工作原理與普通直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同，不同點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)，以提高其控制性能。5.1直流（DC）伺服電動(dòng)機(jī)概述5.1.1直流伺服電動(dòng)機(jī)32.直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)（1）直流電動(dòng)機(jī)將輸入電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率輸出；（2）電磁轉(zhuǎn)矩起驅(qū)動(dòng)作用；（3）利用換向器和電刷，直流電動(dòng)機(jī)將輸入的直流電流逆變成導(dǎo)體中的交變電流。（4）直流電動(dòng)機(jī)導(dǎo)體中的電流與運(yùn)動(dòng)電勢(shì)方向相反。2.直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)（1）直流電動(dòng)機(jī)將輸入電功率轉(zhuǎn)換成45.1.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5.1.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5第5章直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制ppt課件6第5章直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制ppt課件7換向磁極主磁極電刷裝置機(jī)座端蓋電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸磁極鐵心勵(lì)磁繞組電刷刷握絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)固定于機(jī)座上用于改善換向，數(shù)目等于主磁極由換向片構(gòu)成，關(guān)鍵部分產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)；流過電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩磁路的一部分定子轉(zhuǎn)子直流電機(jī)氣隙換向磁極主磁極電刷裝置機(jī)座端蓋電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸磁極85.1.3直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類根據(jù)電機(jī)勵(lì)磁方式分類1）他勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁電流由其它直流電源單獨(dú)供給。

他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：5.1.3直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類根據(jù)電機(jī)勵(lì)磁方式分類1）他勵(lì)92）并勵(lì)：電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足3）串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足I=Ia+If-+UI=Ia=If2）并勵(lì)：3）串勵(lì)：I=Ia+If-+UI=Ia=If104）復(fù)勵(lì)：

并勵(lì)和串勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)。4）復(fù)勵(lì)：112.根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低分類1）高速直流伺服電動(dòng)機(jī)；

（1）小慣量無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)；（2）空心杯電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)。

2）低速大扭矩寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)。2.根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低分類125.1.4永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)3.永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)基本方程1）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程式；T=CMΦITs=To+TLT=Ts在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)上的總阻轉(zhuǎn)矩相互平衡。5.1.4永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)3.132）電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程式；E=CeΦnU=E+IRa外加電壓與反電勢(shì)及電樞內(nèi)阻壓降平衡。3）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。U-CeΦnI=RaURan=-TCeΦCeCMΦ2

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，描述了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。2）電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程式；3）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。145.1.5對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)的要求及選用直流電動(dòng)機(jī)的額定值額定條件下電機(jī)所能提供的功率指電刷間輸出的額定電功率發(fā)電機(jī)指軸上輸出的機(jī)械功率電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速.對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流5.1.5對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)的要求及選用直流電動(dòng)機(jī)的額定值額152.對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)的要求3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的選用1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩2）負(fù)載功率ML=∑MR+MMC+Ma2.對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)的要求3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的選用1）負(fù)載轉(zhuǎn)165.2直流電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基本知識(shí)5.2.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電源自動(dòng)控制裝置電動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載5.2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)降低電源電壓和電樞回路串電阻1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法T=CMΦIstUN–EaUNIst==RaRa5.2直流電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基本知識(shí)5.2.1電力拖動(dòng)系172.降壓?jiǎn)?dòng)nT0n0TNnN自然特性2.降壓?jiǎn)?dòng)nT0n0TNnN自然特性183.電樞電壓串電阻啟動(dòng)3.電樞電壓串電阻啟動(dòng)195.2.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性5.2.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性205.2.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為特性2-211.電樞回路串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性特點(diǎn)：1）n0不變；2）斜率?隨電阻增大成正比增大，形成一組過n0的放射直線。5.2.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為特性2-211.電樞回路串212-222.改變電樞電源電壓時(shí)的人為機(jī)械特性特點(diǎn)：1）斜率?不變，各特性互相平行；2）n0與U成正比。2-222.改變電樞電源電壓時(shí)的人為機(jī)械特性特點(diǎn)：1）斜率?222-233.減少氣隙磁通量的人為機(jī)械特性特點(diǎn)：1）Φ減少時(shí)，n0增大；3）機(jī)械特性是一組直線，Φ減少時(shí)，特性上移且變軟。2）Φ減少時(shí)，β增大；2-233.減少氣隙磁通量的人為機(jī)械特性特點(diǎn)：1）Φ減少時(shí)235.2.7電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)性能指標(biāo)三個(gè)方面：（1）調(diào)速；（2）穩(wěn)速；（3）加減速。1.穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)1）調(diào)速范圍2）靜差率3）調(diào)速范圍與靜差率的關(guān)系2.動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)5.2.7電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)性能指標(biāo)三個(gè)方面245.3.1直流電機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)5.3直流電動(dòng)機(jī)晶閘管供電的速度控制系統(tǒng)

由上式可以看出：改變控制電壓和改變磁通都可以控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。前者是電樞控制（常用），后者是磁場(chǎng)控制。5.3.1直流電機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)5.3直流電動(dòng)機(jī)晶閘25(1)晶閘管調(diào)壓原理圖4.10晶閘管圖4.11單相半波晶閘管調(diào)壓電路晶閘管導(dǎo)通的兩個(gè)條件：一是陽極A與陰極K間施加正向電壓；二是控制級(jí)G和陰極K直接施加正向電壓。(1)晶閘管調(diào)壓原理圖4.10晶閘管圖4.1126(2)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1）采用帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)控制方式

測(cè)速發(fā)電機(jī)：輸出電勢(shì)EBR與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n成正比?！鱑=Ug-EBR當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，EBR隨之變化而Ug不變，則△U隨即變化，再經(jīng)過放大器將△U放大去控制執(zhí)行環(huán)節(jié)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持恒定。2）采用帶電流負(fù)反饋的閉環(huán)控制方式電流隨著速度變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)。(2)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1）采用帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)控制方式27(3)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)改變電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向即改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式：

T=KtφId1)采用接觸器進(jìn)行切換的可逆線路特點(diǎn)：簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，但如果接觸器頻繁切換，噪聲較大，壽命較低，每次切換需要0.2-0.5s時(shí)間，適用于不經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。AB(3)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)：簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，但如果接觸器頻繁切換，282)利用晶閘管切換的可逆線路特點(diǎn)：比較簡(jiǎn)單，可靠性較高，但方案中除了原有的晶閘管裝置需要供電外，還需要四個(gè)晶閘管當(dāng)作開關(guān)使用，對(duì)其耐壓和電流容量的要求較高，沒有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，只適用于幾十千瓦以下的可逆調(diào)速系統(tǒng)。2)利用晶閘管切換的可逆線路特點(diǎn)：比較簡(jiǎn)單，可靠性較高，但方29特點(diǎn)：采用兩套晶閘管變流器分別提供正反兩方向的電樞電流，可以應(yīng)用于頻繁正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上。3)采用兩組晶閘管變流器的可逆線路MVRVFId-Id+--+--特點(diǎn)：采用兩套晶閘管變流器分別提供正反兩方向的電樞電流，可以30采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流。MVRVFUd0fId+--+Ud0rIcRrecRrecRa--~~Ic—環(huán)流Id—負(fù)載電流

危害：環(huán)流對(duì)負(fù)載無益，徒然加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。利用：合理地控制環(huán)流，保證晶閘管安全工作，即可利用環(huán)流作為流過晶閘管的基本負(fù)載電流，使電動(dòng)機(jī)在空載或輕載時(shí)也能工作在晶閘管裝置的電流連續(xù)區(qū)，以避免電流斷續(xù)引起的非線性對(duì)系統(tǒng)性能的影響。采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓315.4晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)脈寬調(diào)制：開關(guān)器件通斷周期保持不變，只改變器件每次導(dǎo)通的時(shí)間，也就是脈沖周期不變，只改變脈沖的寬度，即定頻調(diào)寬。PWM調(diào)制是利用電力半導(dǎo)體器件的開關(guān)作用，把恒定的直流電源電壓，轉(zhuǎn)換成頻率一定、寬度可變的方波電壓加到直流電動(dòng)機(jī)的電樞上，通過對(duì)方波脈沖寬度的控制，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。(1)晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)的基本工作原理優(yōu)越性：調(diào)速范圍寬、快速性好、電流波形系數(shù)好、功率因數(shù)好。5.4晶體管直流脈寬調(diào)