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1、伺服电机及其控制方法培训教程,陈晓鹏,伺服电机及其控制方法 第1讲 直流有刷电机原理,本讲提纲 直流伺服电动机原理 什么是直流伺服电机 直流伺服电机的结构及工作原理 直流伺服的电机分类 直流伺服电机的特性,伺服电机及其控制方法培训教程,什么是直流电机,是将机械能转换为直流电能或将直流电能转换为机械能的一种装置。 把机械能转换为电能的直流电机称为直流发电机(dc generators)，把电能转换为机械能的直流电机称为直流电动机(dc motor)。,伺服电机及其控制方法培训教程,直流电动机的结构,伺服电机及其控制方法培训教程,（1）定子：定子磁极磁场由定子的磁极产生。根据产生磁场的方式，直流伺
2、服电机可分为永磁式和电磁式。永磁式磁极由永磁材料制成，电激式磁极由冲压硅钢片叠压而成，外绕线圈通以直流电流便产生恒定磁场。 （2）转子：又称为电枢，由硅钢片叠压而成，表面嵌有线圈，通以直流电时，在定子磁场作用下产生带动负载旋转的电磁转矩。 （3）电刷和换向片：为使所产生的电磁转矩保持恒定方向，转子能沿固定方向均匀的连续旋转，电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相接。,伺服电机及其控制方法培训教程,换向器和电刷的作用,在直流电动机中，换向器和电刷的共同作用： （1）将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电； （2）把外面不转的电路与转动的电路联接。,伺服电机及其控制方法培训教程,直流电机的机构,伺
3、服电机及其控制方法培训教程,直流电机分类 永磁式 电磁式,伺服电机及其控制方法培训教程,直流电机空载是指电机对外无功率输出、不带负载空转的一种状态。 直流电机空载时，励磁绕组内有励磁电流，电动机电枢电流很小可忽略,伺服电机及其控制方法培训教程,直流伺服电机的机构,伺服电机及其控制方法培训教程,直流电机的特点,调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。 起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、
4、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。,伺服电机及其控制方法培训教程,直流伺服电机的基本特性： 1、机械特性 在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转矩M变化而变化的规律，称直流电机的机械特性。 2、调节特性 直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性。 3、动态特性 从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动态特性。,伺服电机及其控制方法培训教程,机械特性,在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转矩M变化而变化的规律，称直流电机的机械特性。,直流电机的机械特性曲线：
5、 K值大表示电磁转矩的变化引起电机转速的变化大，这种情况称直流电机的机械特性软；反之，斜率K值小，电机的机械特性硬。在直流伺服系统中，总是希望电机的机械特性硬一些，这样，当带动的负载变化时，引起的电机转速变化小，有利于提高直流电机的速度稳定性和工件的加工精度。 功耗增大。,伺服电机及其控制方法培训教程,调节特性,直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性。,直流电机的调节特性曲线 斜率K反映了电机转速n随控制电压Ua的变化而变化快慢的关系，其值大小与负载大小无关，仅取决于电机本身的结构和技术参数。,伺服电机及其控制方
6、法培训教程,动态特性,从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动态特性。,决定时间常数的主要因素有：惯性J的影响、电枢回路电阻Ra的影响、机械特性硬度的影响。,伺服电机及其控制方法培训教程,分类：,直流伺服电机的种类 小惯量直流电机印刷电路板的自动钻孔机 中惯量直流电机（宽调速直流电机）数控机床的进给系统 大惯量直流电机数控机床的主轴电机 特种形式的低惯量直流电机,伺服电机及其控制方法培训教程,主要技术参数：,额定功率Pe 额定电压Ue 额定电流Ie 额定转速ne 额定转矩MIe 调速范围D,直流伺服电机的选择，是根据被驱动机械的负载转矩、运动规律和控制要求来确定,伺
7、服电机及其控制方法培训教程,主要参数,额定功率Pe：指轴上输出的机械功率，它等于额定电压、额定电流及额定效率的乘积，即PN= UNINhN。 额定电压Ue：电机长期安全运行时所能承受的电压（V）。 额定电流Ie：指电机按规定的工作方式运行时，电枢绕组允许通过的电流（A）。,伺服电机及其控制方法培训教程,额定转速ne：指电机在额定电压、额定电流和额定功率情况下运行的电机转速（r/min）。,伺服电机及其控制方法培训教程,速度控制原理,直流电机的输出电磁转矩表达式：,称为转矩常数，与电机结构有关的参数,伺服电机及其控制方法培训教程,控制直流伺服电机电磁转矩和速度的方法： （1）改变电枢电压 即改变电枢电流 （2）改变励磁电流 即改变磁通 线性好，控制方便，相应速度快，输出转矩大,伺服电机及其控制方法培训教程,速度控制技术指标,（1）调速范围D电机在额定负载下 （2）静差度S电机由理想空载增加到额定负载时转速降落 与理想转速 之比 （3）调速的平滑性Q两个相近转速之比 Q越接近于1，平滑性越好,伺服电机及其控制方法培训教程,
