《伺服的原理及其应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《伺服的原理及其应用（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、常用的直流电动机有 永磁式直流电机 有槽 无槽 杯型 印刷绕组 励磁式直流电机 混合式直流电机 无刷直流电机 直流力矩电机 直流进给伺服系统 永磁式直流电机类型中的有槽电枢永磁直 流电机 普通型 直流主轴伺服系统 励磁式直流电机类型中的他激直流电机 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com 一 直流伺服电机的结构 一 直流伺服电机的结构 极靴 机壳 瓦状永磁材料 定子 电枢 转子 换向极 主磁极 定子 转子 线圈 极靴 机壳 瓦状永磁材料 定子 电枢 转子 换向极 主磁极 定子 转子 线圈 图图6 5永磁直流伺服电机的结构 图永磁直流伺服电机的结构 图6 6直流主轴电机结构示意图直流主
2、轴电机结构示意图 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com 1 静态特性 电磁转矩由下式表示 6 1 KT 转矩常数 磁场磁通 Ia 电枢电流 TM 电磁 转矩 电枢回路的电压平衡方程式为 6 2 Ua 电枢上的外加电压 Ra 电枢电阻 Ea 电枢反电势 电枢反电势与转速之间有以下关系 6 3 Ke 电势常数 电机转速 角速度 根据以上各式可以求得 6 4 二 一般直流电机的工作特性 二 一般直流电机的工作特性 aTMIKT aaaaERIU eaKE M 2 Te a e a T KK R K U 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com 当负载转矩为零时 理想空载转速 6
3、5 当转速为零时 启动转矩 6 6 当电机带动某一负载TL 时 电机转速与理想空载转速的差 6 7 e a 0 K U T g a s K R U T L 2 Te a T KK R 图6 7 直流电机的机械特性图6 7 直流电机的机械特性 n n O O O O TSTTL 6 4 直流伺服电机 二 一般直流电机的工作特性一般直流电机的工作特性 www 91HMI com 2 动态特性 直流电机的动态力矩平衡方程式为 6 8 式中 TM 电机电磁转矩 TL 折算到电机轴上的负载转矩 电机转子角速度 J 电机转子上总转动惯量 t 时间自变量 dt d JTTLM 6 4 直流伺服电机 二 一般
4、直流电机的工作特性一般直流电机的工作特性 www 91HMI com 1 永磁直流伺服电机的性能特点 1 低转速大惯量 2 转矩大 3 起动力矩大 4 调速泛围大 低速运行平稳 力矩波动小 2 永磁直流伺服电机性能用特性曲线和数据表描述 1 转矩 速度特性曲线 工作曲线 2 负载 工作周期曲线 过载倍数Tmd 负载工作周期比 d 3 数据表 N T 时间常数 转动惯量等等 三 永磁直流伺服电机的工作特性 三 永磁直流伺服电机的工作特性 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com d 80 110 120 60 130 140 40 160 d 180 20 200 0 1 3 tR 6
5、10 30 60 100 tR min 图图6 9负载负载 工作周期曲线工作周期曲线 M N cm 转矩极限转矩极限 12000 10000 瞬时换向极限 瞬时换向极限 8000 6000 换向极限 速度极限 换向极限 速度极限 4000 温度极限温度极限 2000 0 500 1000 1500 n 图6 8永磁直流伺服电机工作曲线图6 8永磁直流伺服电机工作曲线 区为连续工作区 区为断续工作区 由负 载 工作周期曲线决定工作时间 区为瞬时加 减速区 区为连续工作区 区为断续工作区 由负 载 工作周期曲线决定工作时间 区为瞬时加 减速区 三 永磁直流伺服电机的工作特性 三 永磁直流伺服电机的
6、工作特性 6 4 直流伺服电机 3 永磁直流伺服电机的工作特性曲线永磁直流伺服电机的工作特性曲线 www 91HMI com 四 主轴直流伺服电机的工作原理和特性 O nj nmax n P T 1 2 图图6 10 直流主轴电机特性曲线 1 转矩特性曲线 2 功率特性曲线 直流主轴电机特性曲线 1 转矩特性曲线 2 功率特性曲线 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com 五 直流进给运动的速度控制 1 直流伺服电机的调速原理 根据机械特性公式可知调速有二种方法 电枢电压Ua和气隙磁通 改变电枢外加电压Ua 由于绕组绝缘耐压的限制 调压只能在额定 转速以下进行 属于恒转矩调速 改变气隙
7、磁通量 改激磁电流即可改 在Ua恒定情况下 磁场接 近饱和 故只能弱磁调速 在额定转速以上进行 属于恒功率调速 2 直流速度控制单元调速控方式 晶闸管 可控硅 调速系统 晶体管脉宽调制 PWM 调速系统 0M 2 Te a e a T KK R K U nnT CC R C U n0M 2 Te a e a 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com 1 晶闸管调速系统 1 系统的组成 包括 控制回路 速度环 电流环 触发脉冲发生器等 主回路 可控硅整流放大器等 速度环 速度调节 PI 作用 好的静态 动态特性 电流环 电流调节 P或PI 作用 加快响应 启动 低频稳定 等 触发脉冲发生
8、器 产生移相脉冲 使可控硅触发角前移或后移 可控硅整流放大器 整流 放大 驱动 使电机转动 速度 调节器 速度 调节器 电流 调节器 电流 调节器 触发脉冲 发生器 触发脉冲 发生器 可控硅 整流器 可控硅 整流器 电流反馈电流反馈 速度反馈速度反馈 电流检测电流检测 编码器编码器电机电机 UR Uf If IR E1ES 五 直流进给运动的速度控制晶 1 晶闸管调速系统 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com 2 主回路工作原理 组成 由大功率晶闸 管构成的三相全控桥式 三相全波 反并接可逆电 路 分成二大部分 和 每部分内按三相桥式连接 二组反并接 分别实现正转 和反转 原理 原
9、理 三相整流器 由二个半波整流电路组成 每部分内又分成三相整流器 由二个半波整流电路组成 每部分内又分成共阴极组 1 3 5 和共阳极组 2 4 6 为构成回路 这二组中必须各有一 个可控硅同时导通 1 3 5在正半周导通 2 4 6在负半周导通 每 组内 即二相间 触发脉冲相位相差120 共阴极组 1 3 5 和共阳极组 2 4 6 为构成回路 这二组中必须各有一 个可控硅同时导通 1 3 5在正半周导通 2 4 6在负半周导通 每 组内 即二相间 触发脉冲相位相差120 每相内二个触发脉冲相差180 每相内二个触发脉冲相差180 按管号排列 触发脉冲的顺序 1 2 3 4 5 6 相邻之间
10、相位差60 按管号排列 触发脉冲的顺序 1 2 3 4 5 6 相邻之间相位差60 为保证合闸后两个串联可控硅能同时导通为保证合闸后两个串联可控硅能同时导通 或已截止的相再次导通或已截止的相再次导通 采用双脉冲控制 既每个触发脉冲在导通60 采用双脉冲控制 既每个触发脉冲在导通60 后 在补发一个辅助脉冲 也 可以采用宽脉冲控制 宽度大于60 后 在补发一个辅助脉冲 也 可以采用宽脉冲控制 宽度大于60 小于120 小于120 4627911 13581210 A B C M UM UD KM KM 五 直流进给运动的速度控制 1 晶闸管调速系统 6 4 直流伺服电机 www 91HMI co
11、m 原理 主回路波形图主回路波形图 u acbcab a b c d 135 t u b 246 b ca t t t t 1 1 3 3 5 5 1 1 3 3 6 2 2 4 4 6 6 2 2 4 13 5 246 120 120 180 60 1 3 24 60 60 5 6 只要改变可控 硅触发角 即改变 导通角 就能改 变可控硅的整流输 出电压 从而改变 直流伺服电机的转 速 触发脉冲提前 来 增大整流输出 电压 触发脉冲延 后来 减小整流输 出电压 只要改变可控 硅触发角 即改变 导通角 就能改 变可控硅的整流输 出电压 从而改变 直流伺服电机的转 速 触发脉冲提前 来 增大整流
12、输出 电压 触发脉冲延 后来 减小整流输 出电压 五 直流进给运动的速度控制 1 晶闸管调速系统 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com 3 控制回路分析 触发脉冲产生的过程 改变触发角 即改变控制角 U1 U2 R1 R2 R3C 同步信号 过零信号 由速度 同步信号 过零信号 由速度F 变换来的 电流调节 器输出的 直流信号 变换来的 电流调节 器输出的 直流信号 1 23 同步信号 方波信号 矩齿波 矩齿波与直 流电压叠加 信号 尖脉冲 直流电压 同步信号 方波信号 矩齿波 矩齿波与直 流电压叠加 信号 尖脉冲 直流电压 可控硅导通时间 可调速 没反馈是开环 特性软 可控硅导通
13、时间 可调速 没反馈是开环 特性软 1 同步电路同步电路 2 移向控制电路移向控制电路 3 脉冲分配器脉冲分配器 电流调节器 电流调节器 同上 加快电流的反应 触发脉冲发生器 正弦波同步锯齿波触发 电路 与 同上 加快电流的反应 触发脉冲发生器 正弦波同步锯齿波触发 电路 与F直流信号叠加 速度调节器 比例积分 直流信号叠加 速度调节器 比例积分PI 高放大 相当 高放大 相当 C短路 短路 缓放大缓放大 增放大增放大 稳定 相当稳定 相当C 开路 无静差 开路 无静差 五 直流进给运动的速度控制 1 晶闸管调速系统 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com 总结 速度控制的原理 调速
14、 当给定的指令信号增大时 则有较大的偏差信号加到调节器 的输入端 产生前移的触发脉冲 可控硅整流器输出直流电压提高 电机转速上升 此时测速反馈信号也增大 与大的速度给定相匹配达 到新的平衡 电机以较高的转速运行 干扰 假如系统受到外界干扰 如负载增加 电机转速下降 速度 反馈电压降低 则速度调节器的输入偏差信号增大 其输出信号也增 大 经电流调节器使触发脉冲前移 晶闸管整流器输出电压升高 使 电机转速恢复到干扰前的数值 电网波动 电流调节器通过电流反馈信号还起快速的维持和调节电 流 作用 如电网电压突然短时下降 整流输出电压也随之降低 在电 机转速由于惯性还未变化之前 首先引起主回路电流的减小
15、 立即使 电流调节器的输出增加 触发脉冲前移 使整流器输出电压恢复到原 来值 从而抑制了主回路电流的变化 启动 制动 加减速 电流调节器还能保证电机启动 制动时的大 转矩 加减速的良好动态性能 五 直流进给运动的速度控制 1 晶闸管调速系统 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com 2 晶体管脉宽调制 PWM 调速系统 1 系统的组成及特点 速度调节器速度调节器 电流调节器电流调节器脉宽调节脉宽调节 振荡器振荡器 脉宽调节脉宽调节 MG 电流反馈电流反馈 U usr us f 整流 功放 整流 功放 五 直流进给运动的速度控制 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com 主回路
16、大功率晶体管开关放大器 功率整流器 控制回路 速度调节器 电流调节器 固定频率振荡器及三角波发生器 脉宽调制器和基极驱动电路 区别 与晶闸管调速系统比较 速度调节器和电流调节 器原理一样 不同的是脉宽调制器和功率放大器 直流脉宽调制 功率放大器中的大功率晶体管工作在开 关状态下 开关频率保持恒定 用调整开关周期 内晶体管导通时间 即改变基极调制脉冲宽度 的方法来改变输出 从而使电机获得脉宽受调制 脉冲控制的电压脉冲 由于频率高及电感的作用 则为波动很小的直流电压 平均电压 脉宽的变化使电机电枢的直流电压随着变化 五 直流进给运动的速度控制 2 PWM调速系统 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com 直流脉宽调调制的基本原理 周期不变周期不变周期不变周期不变 脉宽脉宽 脉宽脉宽 脉宽脉宽 脉宽脉宽 平均直流电压平均直流电压 脉冲宽度正比代表速度脉冲宽度正比代表速度F值的直流电压值的直流电压 U t 五 直流进给运动的速度控制 2 PWM调速系统 6 4 直流伺服电机 www 91HMI com 2 脉宽调制器 t t U U U S rU U S r U S CU S C U
