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《直流伺服电动机》PPT课件

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《直流伺服电机》PPT课件

《直流伺服电机》PPT课件
构造
图1-11 印制绕组直流伺服电动机 l-后轭铁(端盖)；2-永久磁钢；3-电刷；4-印制绕组；5-机壳；6-前轭铁(端盖)
转子呈薄片圆盘状，厚度一般为(1.5~2) mm，转子的绝缘基片是环氧玻璃 布胶板。胶合在基片两侧的铜箔用印刷电路制成双面电枢绕组，电枢导体还 兼作换向片。定子由永久磁钢和前后盘状轭铁组成，轭铁兼作前后端盖。组 成多极的磁钢胶合在轭铁一侧，在电机中形成轴向的平面气隙。
3.1.1概述
3. 控制系统对伺服电动机的根本要求
宽广的调速范围 机械特性和调节特性均为线性 无“自转〞现象 快速响应。
此外，还要求伺服电动机的控制功率小、重量轻、 体积小等。
3.1.2直流伺服电动机的控制方式和运行特性
控制方式
由
nUa IaRa
Ce
可知，改变电枢电压和改变励磁磁通都可以改变电动机的
构造 杯形电枢绕组是用导线绕在
绕线模上，然后用环氧树脂 定形做成的。杯形转子内外 两侧有内外定子构成磁路。 由于转子内外侧都需要有足 够的气隙，所以气隙大，磁 阻大，磁动势利用率低。
图1-10 杯形转子直流伺服电动机 l-内磁轭；2-电枢绕组；3-永久磁钢；
4-机壳(磁轭)；5-电刷；6-换向器
1.4.2 低惯量直流伺服电动机
1.4.1 直流力矩电动机
为什么做成圆盘状？
由 E a 6 p a 0 n N 6 a ( p 0 ) n 和 N T e 2 p a I a N 2 I a a ( p ) 可 N 知
在电枢电动势Ea Ua
、每极磁通
和导体电流ia
Ia 2a
一样的条件
下，增加导体数N和极对数p，能使转速n降低，电磁转矩Te增大。
由 nC U e a CT eC sR t ，a 2当n=0时，便可求得 Ua Ua0CRt a Ts

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2）磁场控制：通过改变励磁电压大小和方向来改变直 流伺服电动机的转速和转向。（信号加在励磁绕组两端）
采用电枢控制时，其机械特性方程为：
n=
Uc Ce

Ra CeCt 2
T
励磁绕组接与恒压直流电 源Uf上，流过恒定励磁电 流If，产生恒定磁通Φ，将 控制电压Uc加在电枢绕组 上来控制电枢电流Ic，进 而控制电磁转矩T杯型转子
2.工作原理
工作时，在励磁绕组上加单相交流
电Uf，在控制绕组上加控制信号电压 Uc，二者同频率，由于电流If和Ic在相 位上相差90°，它们产生的磁通Φf和 Φc在相位上也相差90°，于是在空间 产生一个两相旋转磁场。此时交流伺
服电动机的转子向某一个方向旋转。
当控制信号电压为零时，如果转子是
“伺服”的含义 Servomechanism “伺服”—词源于希腊语“奴隶”的意思。
伺服电机（servo motor ）又称执行电动机，在自动控 制系统中，它的转矩和转速受信号电压控制。当信号电压 的大小和相位发生变化时，电动机的转速和转动方向将非 常灵敏和准确地跟着变化。当信号消失时，转子能及时地 停转。
(2)转子的惯性小，即能实现迅速起动、停转。 (3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。 (4)无“自转”现象，伺服电动机在控制电压消失后，应 立即停转；
伺服电动机典型生产厂家 德国西门子，产品外形有：
伺服电机
伺服电机驱动器
日本松下及安川，产品外形有：
松下交流伺服电机及驱动器
安川伺服电机驱动器
驱动器
复习
1．熟悉交流伺服电动机的结构、原理和特点。 2. 熟悉直流伺服电动机的结构、原理和特点。 3．掌握伺服电动机的维护方法。 4．了解伺服驱动器。

(完整版)《直流伺服电动机》PPT课件

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第二章 直流伺服电动机
3.4 直流电动机的使用
3.4.1 直流电动机的启动
启动要求：
①启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时阻转矩，包括总
阻转矩
Ts
和惯性转矩J
dΩ dt
。
②启动时电枢电流不要太大，一般把启动电流限制在允许电 流值的 1.5～2 倍以内。
③要求电动机有较小的转动惯量和加速过程中保持足够大的 电磁转矩，以利于缩短启动时间。
第二章 直流伺服电动机
1) 负载为常数时的调节特性
电动机的负载转矩主要是动摩擦转矩TL加上电机本 身的阻转矩T0， 所以电动机的总阻转矩Ts=TL+T0。 在 转速比较低的条件下， 总阻转矩Ts是一个常数。
由式： n Ua TsRa
Ce CeCT 2
表征调节特性两个量
①始动电压——Ua0，是电动机处于待动而未动这种临界状 态时的控制电压。
作为控制信号， 实现电动机的转速控制。
第二章 直流伺服电动机
电枢电压Ua,转速n 以及电磁转矩T 的关系：
Ua
移项后，得到
Cen
TRa
CT
n
Ua Ce
TRa CeCT 2
在稳态时，电动机的电磁转矩与轴上的阻转矩相平衡， 即
T=Ts。所以稳态时，上式可以写成
n
Ua
Ce
Ts Ra
CeCT 2
第二章 直流伺服电动机
第二章 直流伺服电动机
第 3章 直流伺服电动机
3.1 直流电动机 3.2 电磁转矩和转矩平衡方程式 3.4 直流电动机的使用 3.5 直流伺服电动机及其控制方法 3.6 直流伺服电动机的稳态特性 3.9 直流力矩电动机 习题
第二章 直流伺服电动机

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23
伺服电动机
怎样消除“自转”现象？
.
24
伺服电动机
当控制电压UC=0，只有励磁电压Uf时， 在单个绕组中通入交流电流产生的单相脉 动磁场可分为两个大小相等、方向相反的 旋转磁场，正向旋转磁场对转子产生拖动 转矩T+，反向旋转磁场对转子产生制动转 矩T－。当增大转子电阻，使sm≥1时，其合 成转矩T在电动机工作状态时成为负值，即 当控制电压消失后，处于单相运行的电动 机由于电磁转矩为制动性质。当电动机正 转时失去控制电压，产生的总转矩T为负 （0＜s＜ 1）；而反转时失去控制电压，
变，能在宽广的范围内连续调节。
(2)转子的惯性小，即能实现迅速起动、停转。
(3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。
(4)无“自转”现象，伺服电动机在控制电压消失后，
应立即停转；
.
8
伺服电动机
伺服电动机典型生产厂家 德国西门子，产品外形有：
伺服电机
伺服电机驱动器
.
9
伺服电动机
日本松下及安川，产品外形有：
控制电机主要用于自动控制系统和计算装置中，着重于特 性的精度和对控制信号的快速响应等。
普通电机主要用于电力拖动系统中，用来完成机电能量的 转换，着重于启动和运转状态能力指标的要求。
.
3
伺服电动机
控制电机的特点
1.控制电机在自动控制系统和计算装置中作为执行元件、 检测元件和解算元件。
2.控制电机的输出功率较小，一般从数百豪瓦到数百瓦。
控制电机的应用
控制电机在现代工业自动控制系统、现代科学技术和军事 装备中是必不可少的重要设备。如在数控机床、火炮和雷达的 自动定位、飞机的自动驾驶以及医疗等方面都有广泛的应用。

直流伺服电机PPT课件

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电流反馈
功放
第14页/共47页
G
M
§6.4 直流伺服电机 （五） 直流进给运动的速度控制（2）PWM调速系统
① 主回路：
大功率晶体管开关放大器； ② 控制回路：功率整流器。
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
2） 脉宽调制器
同向加法放大器电路图 U S r –速度指令转化过
来的直流电压
U△
R1
U Sr
R1
R2
+ +12V
-
R3
USC
U △- 三角波
USC- 脉宽调制器的输
出（ U S r +U △ ）
调制波形图
U △+U S r
U△
+U S r
o
o
t
-12V U △+U S r
t
o
-U S r
t
U SC
电机转速与理想空载转速的差
（6.7）
ω（n） △ω
ωO
O
TL TS T
图6.7 直流电机的机械特性
第3页/共47页
§6.4 直流伺服电机 （二）一般直流电机的工作特性
2. 动态特性 直流电机的动态力矩平衡方程式为
TM TL J d
dt
式中
TM ─电机电磁转矩； TL ─ 折算到电机轴上的负载转矩； ω ─ 电机转子角速度； J ─ 电机转子上总转动惯量；
（6.1）
KT —转矩常数； Φ—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:

第2章直流伺服电动机.ppt

第2章直流伺服电动机.ppt

机达到匀速旋转的稳定状态。 式(2 - 6)称为电动机的稳态转矩
平衡方程式。
把电机本身的阻转矩和负载的阻转矩合在一起叫做总阻转 矩Ts， 即
Ts=T0+TL 则转矩平衡方程式可写成
Tem=Ts
第2章 直流伺服电动机
3.动态转矩平衡方程
实际上， 电动机经常运行在转速变化的情况下， 例
如启动、 停转或反转等， 因此必须讨论转速改变时的转
CT
60
2
Ce
(2 - 4) (2 - 5)
第2章 直流伺服电动机
2. 电动机稳态转矩平衡方程式
直流电动机所产生的电磁转矩作为驱动转矩使电动机旋转。
当电动机带着负载匀速旋转时， 其输出转矩T2必定与负载转 矩TL相等， 但电动机的输出转矩是否就是电磁转矩Tem呢? 不是的。
因为电机本身的机械摩擦(例如轴承的摩擦、 电刷和换向器的 摩擦等)和电枢铁心中的涡流、 磁滞损耗都要引起阻转矩， 此 阻转矩用T0——空载转矩。
第2章 直流伺服电动机
图 3 - 4 电枢回路串联启动电阻
第2章 直流伺服电动机
2. 电动机的调速方法
某些场合往往要求电动机的转速在一定范围内调节， 例如电 车、 机床、 吊车等， 调速范围根据负载的要求而定。
由式(3 - 10):
n Ua Ia Ra
Ce
可以看出， 调速可以有 3 种方法：
示。 由图 2- 2 可知， 感应电势的方向与电流方向相反，它 有阻止电流流入电枢绕组的作用， 因此电动机中的感应电 势是一种反电势。
虽然直流电动机感应电势的作用与直流发电机不同， 但电枢导体切割磁通， 产生感应电势的情形完全一样。 所 以电动机电刷两端感应电势Ea的公式也相同， 即

《直流伺服电机》课件

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总结与展望
1
总结
直流伺服电机是先进的运动控制技术，应用广泛。
2
展望
随着科技的发展，直流伺服电机将变得更小巧、更高效。
《直流伺服电机》PPT课 件
让我们一起探索直流伺服电机的基本原理、工作原理、应用领域和优势，以 及组成和结构、控制方式、常见问题和解决方法。
直流伺服电机的基本原理
1 电磁感应
通过电磁感应原理，将电能转化为机械能。
2 磁场控制
利用磁场的控制来调节转速和位置。
3 反馈系统
使用反馈系统实时监测运动状态，保持稳定性和精确性。
直流伺服电机的工作原理
1
输入信号
控制器接收输入信号，指定所需的转速和位置。
2
驱动电路
驱动电路根据输入信号控制电机转动。
3
传感器反馈
传感器实时监测电机运动状态，并将反馈信号发送给控制器。
应用领域和优势
工业自动化
广泛应用于机械臂、自动化生产线等领域，提高生产效率。
机器人技术
为机器人提供高精度、高速度的运动控制，实现复杂任务。
位置控制
根据输入信号，控制电机达 到指定的位置。
速度控制
根据输入信号，控制电机达 到指定的转速。
扭矩控制
根据输入信号，控制电机输 出指定的扭矩。
直流伺服电机的常见问题和解决方法
1 震动和噪音
通过减震措施和减少机械密封度来解决问题。
2 过热
增加散热设备和改善工作环境，提高电机散热效果。
3 寿命短
定期保养和更换磨损部件，延长电机的使用寿命。
航空航天
用于飞机操纵系统、卫星定位等关键应用，确保安全和可靠性。
直流伺服电机的组成和结构
主要组成

最新第5章直流伺服电动机及其速度控制PPT课件

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第5章直流伺服电动机及其速度 控制
本章结构
5.1 直流（DC）伺服电动机概述 5.2 直流电力拖动控制系统的基本知识 5.3 直流电动机晶闸管供电的速度控制系统 5.4 晶体管直流脉宽（PWM）调速系统 5.5 脉宽调速系统实例
5.1.3 直流伺服电动机的分类
1. 根据电机励磁方式分类
1）他励：直流电机的励磁电流
由其它直流电源单独供给。
I Ia
他励直流发电机的电枢电流 和负载电流相同，即：
U
G
I Ia
枢绕组并联。且满足
I=Ia+If
U
I
Ea
I f Ia
3）串励： 励磁绕组与电枢绕组串联。 满足
I=Ia=If
U
I
If
Ea Ia
4）复励：
额定励磁电流I fN
对应于额定电压、额定电流、额 定转速及额定功率时的励磁电流
2.对直流伺服电动机的要求 3.直流伺服电动机的选用
1）负载转矩
ML = ∑MR + MMC + Ma
2）负载功率
5.2 直流电力拖动控制系统的基本知识
5.2.1 电力拖动系统的组成
自动控制装置
电源 电动机
执行机构
负载
采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的 整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组 晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。 危害：环流对负载R无rec 益，徒然加Rr重ec 晶闸管和变压器的负 担应，该消予V耗以F 功抑率制+，或环消流除太。大时Ra会导致-晶闸管VR损坏，因此
利~用用环：流合作理为地流控过制Ud晶环0f 闸流管，的保-M-基证本晶负闸Ud载0管r 电安流全，工使作电，动即~机可在利 空载或轻载时也能Id工作在晶闸管装置的电流连续区， 以避免电流断续- 引起的非线I性c 对系+统性能的影响。
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第二章 直流伺服电动机
3.4 直流电动机的使用
3.4.1 直流电动机的启动
启动要求：
①启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时阻转矩，包括总
阻转矩
Ts
和惯性转矩 J
dΩ dt
。
②启动时电枢电流不要太大，一般把启动电流限制在允许电 流值的 1.5～2 倍以内。
③要求电动机有较小的转动惯量和加速过程中保持足够大的 电磁转矩，以利于缩短启动时间。
第二章 直流伺服电动机
3.4.4 使用中必须注意的问题
1. 启动时要使励磁磁通最大。 为了获得大的启动转矩，启动时，励磁磁通应为最大。 因此启动时，励磁回路的调节电阻必须短接，并在励磁 绕组两端加上额定励磁电压。 2. 切勿使励磁回路断开。 如果启动前励磁回路已断开，则电机不能启动。如果在 运行中断开，则将发生危险地事故。
CeCT
2
第二章 直流伺服电动机
3.6直流伺服电动机的稳态特性
3.6.1 机械特性
要实现准确的速度控制， 就要了解电动机在电枢电
压Ua不变时， 转速随负载阻转矩(或电磁转矩)变化的规 律。 表征这个规律的曲线称为电动机的机械特性。
n

Ua
Ce

TRa
CeCT 2

n0
kT
第二章 直流伺服电动机
两种 情况
第二章 直流伺服电动机
3.5 直流伺服电动机及其控制方法
n Ua Ia Ra
Ce
T=CTΦIa
当电动机负载转矩TL不变，励磁磁通Φ不变时，升 高电枢电压Ua，电机的转速就升高，反之，降低电枢电 压Ua, 转速就下降。在Ua=0 时，电机则不转。当电枢电 压的极性改变时，电机就反转。因此，可以把电枢电压
第二章 直流伺服电动机
第 3章 直流伺服电动机
3.1 直流电动机 3.2 电磁转矩和转矩平衡方程式 3.4 直流电动机的使用 3.5 直流伺服电动机及其控制方法 3.6 直流伺服电动机的稳态特性 3.9 直流力矩电动机 习题
第二章 直流伺服电动机
3.1 直流电动机
直流电动机的基本结构和直流测速发电机 相同， 所不同的是电动机的输入为电压信号， 输出为转速信号。
的，但有时也遇到可变负载。例如当负载转矩是由空气 摩擦造成的阻转矩时，则转矩随转速增加而增加，并且 转速越高，转矩增加得越快。转矩随转速变化的大致情 况如图 3 - 18 所示。
②调节特性的斜率—— 本身的参数决定。
k

1
Ce
，与负载无关，仅由电机
第二章 直流伺服电动机
图 3 - 16 直流伺服电动机的调节特性
Ua
Ua0

Ts Ra CT
第二章 直流伺服电动机
图 3 - 17 直流伺服电动机的调节特性曲线组
第二章 直流伺服电动机
2)可变负载时的调节特性 在自动控制系统中，电动机的负载多数情况下是不变
第二章 直流伺服电动机
1) 负载为常数时的调节特性
电动机Hale Waihona Puke 负载转矩主要是动摩擦转矩TL加上电机本
身的阻转矩T0， 所以电动机的总阻转矩Ts=TL+T0。 在
转速比较低的条件下， 总阻转矩Ts是一个常数。
由式：
n
Ua
Ce

Ts Ra
CeCT
2
表征调节特性两个量
①始动电压——Ua0，是电动机处于待动而未动这种临界状 态时的控制电压。

pN
2a
称转矩常数。
第二章 直流伺服电动机
3.2.2 电动机转矩平衡方程式 稳定转矩平衡方程
Ts T0 TL
动态转矩平衡方程 实际上， 电动机经常运行在转速变化的情
况下， 例如启动、 停转或反转等， 因此必须 讨论转速改变时的转矩平衡关系。 当电机的转 速改变时， 由于电机及负载具有转动惯量， 将产生惯性转矩Tj
作为控制信号， 实现电动机的转速控制。
第二章 直流伺服电动机
电枢电压Ua,转速n 以及电磁转矩T 的关系：
Ua
移项后，得到

Cen

TRa
CT
n

Ua Ce

TRa CeCT 2
在稳态时，电动机的电磁转矩与轴上的阻转矩相平衡， 即
T=Ts。所以稳态时，上式可以写成
n

Ua
Ce

Ts Ra
第二章 直流伺服电动机
3.2 电磁转矩和转矩平衡方程式
3.2.1 电磁转矩
定义：电枢上所有导体产生的转矩之和，等于一跟导 体所生的平均电磁力矩乘上电枢的总导体数N，
所以有：
公式： T

N
(
f av

D) 2

N
(Bav
2 p l ia ) (

1) 2

CTI a
其中 CT
第二章 直流伺服电动机
3.4.2 直流电动机的调速方法
n Ua Ia Ra
Ce
调速方法： (1) 改变电机端电压Ua, 即改变电枢电源电压； (2) 改变电枢回路的调节电阻Rtj 。 (3) 改变磁通Φ， 即改变励磁回路的调节电阻Rfj 以改变励磁
电流If。
第二章 直流伺服电动机
3.4.3 改变电动机转向的方法
利用动态转矩平衡方程可以根据控制系统技术 指标选用电机。例如根据实际使用情况，规定负 载的应达到的最大角加速度，从而规定电机的最 大角加速度，如果已知电动机轴上的负载转矩TL以 及电机本身和负载的转动惯量，就可以据式3-7求 出所需的输出转矩T2。电机的输出转矩可以由电机 的额定值计算，这样便可以按照系统的要求确定 选用某一规格的电机。
3.6.2 调节特性
在自动控制系统中，为了控制伺服电动机的转速， 就需要知道电动机在带了负载以后，转速随控制信号 变化的情况。也就是要知道，电动机在带了负载以后， 加多大的控制信号，电动机能转动起来；加上某一大 小的控制信号时，电动机的转速为多少。电动机在一 定的负载转矩下，稳态转速随控制电压变化的关系称 为电动机的调节特性。
第二章 直流伺服电动机
Tj

J
dΩ dt
其中, J是负载和电动机转动部分的转动惯量; Ω是电动
机的角速度；d dt 是电动机的角加速度。
这时， 电动机轴上的转矩平衡方程式为
或
T2
TL

Tj

J
d
dt
T2

TL
Tj

TL

J
d
dt
(3 - 7)
第二章 直流伺服电动机
电动机轴上的转矩平衡方程式应用
要改变电动机的转向， 必须改变电磁转矩的方向。 根据左手定则可知， 改变电磁转矩的方向有两种方法：
(1) 改变磁通的方向; (2) 改变电枢电流的方向。 请注意： 如果磁通、 电枢电流方向均变， 则电磁 转矩方向不变。 所以要改变电动机的转向， 必须单独 改变电枢电流的方向或单独改变励磁电流的方向。