第5章直流伺服電動機

及其速度控制15.1直流（DC）伺服電動機概述5.2直流電力拖動控制系統(tǒng)的基本知識5.3直流電動機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)實例本章結(jié)構(gòu)25.1直流（DC）伺服電動機概述5.1.1直流伺服電動機的基本工作原理1.直流伺服電動機的基本工作原理動畫

它的基本工作原理與普通直流他勵電動機相同，不同點在于結(jié)構(gòu)作了改進，以提高其控制性能。32.直流伺服電動機的特點（1）直流電動機將輸入電功率轉(zhuǎn)換成機械功率輸出；（2）電磁轉(zhuǎn)矩起驅(qū)動作用；（3）利用換向器和電刷，直流電動機將輸入的直流電流逆變成導(dǎo)體中的交變電流。（4）直流電動機導(dǎo)體中的電流與運動電勢方向相反。45.1.2直流伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)567換向磁極主磁極電刷裝置機座端蓋電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸磁極鐵心勵磁繞組電刷刷握絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置產(chǎn)生勵磁磁場固定于機座上用于改善換向，數(shù)目等于主磁極由換向片構(gòu)成，關(guān)鍵部分產(chǎn)生電動勢；流過電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩磁路的一部分定子轉(zhuǎn)子直流電機氣隙85.1.3直流伺服電動機的分類根據(jù)電機勵磁方式分類1）他勵：直流電機的勵磁電流由其它直流電源單獨供給。

他勵直流發(fā)電機的電樞電流和負載電流相同，即：92）并勵：電動機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足3）串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足I=Ia+If-+UI=Ia=If104）復(fù)勵：

并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。112.根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低分類1）高速直流伺服電動機；

（1）小慣量無槽電樞直流伺服電動機；（2）空心杯電樞直流伺服電動機。

2）低速大扭矩寬調(diào)速電動機。125.1.4永磁直流伺服電動機永磁直流伺服電動機基本結(jié)構(gòu)永磁直流伺服電動機特點3.永磁直流伺服電動機基本方程1）電動機轉(zhuǎn)矩平衡方程式；T=CMΦITs=To+TLT=Ts在穩(wěn)態(tài)運行時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和電動機上的總阻轉(zhuǎn)矩相互平衡。132）電動機的電壓平衡方程式；E=CeΦnU=E+IRa外加電壓與反電勢及電樞內(nèi)阻壓降平衡。3）電動機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。U-CeΦnI=RaURan=-TCeΦCeCMΦ2

電動機的機械特性，描述了電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。145.1.5對直流伺服電動機的要求及選用直流電動機的額定值額定條件下電機所能提供的功率指電刷間輸出的額定電功率發(fā)電機指軸上輸出的機械功率電動機發(fā)電機：是指輸出額定電壓；電動機：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機出線端的平均電壓在額定電壓下，運行于額定功率時對應(yīng)的電流在額定電壓、額定電流下，運行于額定功率時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速.對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流152.對直流伺服電動機的要求3.直流伺服電動機的選用1）負載轉(zhuǎn)矩2）負載功率ML=∑MR+MMC+Ma165.2直流電力拖動控制系統(tǒng)的基本知識5.2.1電力拖動系統(tǒng)的組成電源自動控制裝置電動機執(zhí)行機構(gòu)負載5.2.2他勵直流電動機的啟動降低電源電壓和電樞回路串電阻1.他勵直流電動機的啟動方法T=CMΦIstUN–EaUNIst==RaRa172.降壓啟動nT0n0TNnN自然特性183.電樞電壓串電阻啟動195.2.3他勵直流電動機的機械特性205.2.4他勵直流電動機的人為特性2-211.電樞回路串電阻時的人為機械特性特點：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。212-222.改變電樞電源電壓時的人為機械特性特點：1）斜率?不變，各特性互相平行；2）n0與U成正比。222-233.減少氣隙磁通量的人為機械特性特點：1）Φ減少時，n0增大；3）機械特性是一組直線，Φ減少時，特性上移且變軟。2）Φ減少時，β增大；235.2.7電力拖動控制系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)性能指標(biāo)三個方面：（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.動態(tài)性能指標(biāo)245.3.1直流電機晶閘管調(diào)速系統(tǒng)5.3直流電動機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的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。前者是電樞控制（常用），后者是磁場控制。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)通的兩個條件：一是陽極A與陰極K間施加正向電壓；二是控制級G和陰極K直接施加正向電壓。26(2)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1）采用帶轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)控制方式

測速發(fā)電機：輸出電勢EBR與電動機的轉(zhuǎn)速n成正比。△U=Ug-EBR當(dāng)電動機負載轉(zhuǎn)矩變化時，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)，使電動機轉(zhuǎn)速保持恒定。2）采用帶電流負反饋的閉環(huán)控制方式電流隨著速度變化而自動調(diào)節(jié)。27(3)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)改變電動機旋轉(zhuǎn)方向即改變電動機轉(zhuǎn)矩方向。直流電動機的轉(zhuǎn)矩公式：

T=KtφId1)采用接觸器進行切換的可逆線路特點：簡單經(jīng)濟，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時間，適用于不經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。AB282)利用晶閘管切換的可逆線路特點：比較簡單，可靠性較高，但方案中除了原有的晶閘管裝置需要供電外，還需要四個晶閘管當(dāng)作開關(guān)使用，對其耐壓和電流容量的要求較高，沒有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，只適用于幾十千瓦以下的可逆調(diào)速系統(tǒng)。29特點：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)機械上。3)采用兩組晶閘管變流器的可逆線路MVRVFId-Id+--+--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出現(xiàn)，便會產(chǎn)生不流過負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—負載電流

危害：環(huán)流對負載無益，徒然加重晶閘管和變壓器的負擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時會導(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載電流，使電動機在空載或輕載時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)引起的非線性對系統(tǒng)性能的影響。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機的電樞上，通過對方波脈沖寬度的控制，從