文档介绍：直流电动机调速控制系统伺伺服服系系统统第4 篇内容提要?直流电动机概述?直流电动机的单闭环调速系统?双闭环直流电动机调速系统?直流脉宽调速控制系统?转速、电流双闭环调速系统的工程设计法?伺服控制系统的计算机辅助设计直流电动机概述直流电动机的基本结构?直流电动机具有良好的启动、制动和调速特性,可很方便地在宽范围内实现无级调速,故多采用在对电动机的调速性能要求较高的生产设备中。?直流电动机的结构如图4-1所示,主要包括三大部分:?(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,可分为永磁式和他激式。永磁式磁极由永磁材料制成,他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) 转子又叫电枢,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) 电刷与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地连续旋转,电刷与外加直流电源相接,换向片与电枢导体相接。?永磁直流伺服电动机及工作原理在伺服系统中使用的直流伺服电动机,按转速的高低可分为两类:高速直流伺服电动机和低速大扭矩宽调速电动机。目前在数控机床进给驱动中采用的直流电动机主要是70年代研制成功的大惯量宽调速直流伺服电动机。这种电动机分为电励磁和永久磁铁励磁两种,但占主导地位的是永久磁铁励磁式(永磁式)电动机。图4-2是其基本原理的示意图。?电动机转矩平衡方程式Te=KmIa (4-1) Te=CmIa (4-2)Tr=Te-T0=TL (4-3)Te-TL=Jdω/dt (4-4) ?在实际工程计算中,经常用转速n代替角速度ω,用飞轮惯量(也称飞轮转矩) DG2代替转动惯量J。ω与n的关系,DG2与J的关系为?ω=2πn /60 ?J =mρ2 =DG2/4g?式中m-系统转动部分的质量(Kg);G-系统转动部分的重力(N);ρ-为系统转动部分的转动惯性半径(m);D-为系统转动部分的转动惯性直径(m);G-为重力加速度。?将上面两式代入式(4-4) 中,可得?Te-TL= DG2/375 (4-5)?式中GD2-转动部分的飞轮矩(N·m);?我们称(Te-TL)为动转矩,动转矩等于零时,系统处于恒转速运行的稳态;动转矩大于零时,系统处于加速运行的过渡过程中;动转矩小于零时,系统处于减速运行的过渡过程中。?电动机的电压平衡方程式E =Keφn (4-6) E =Cen (4-7)?电动机各个电量的方向,如图4-4所示。???图4-4直流电动机中各电量的参考方向?外加电压为U时有?U=E -IaRa (4-8)?上式就是直流电动机的电压平衡方程式。它表明了外加电压与反电动势及电枢内阻压降的平衡关系。或者说,外加电压一部分用来抵消反电动势,一部分消耗在电枢电阻上。电动机转速与转矩的关系?如果把E =Cen代入式(4-8) ,便可得出电枢电流I的表达式?Ia=(U- Cen )/Ra (4-9)?由上式可见,直流电动机和一般的直流电路不一样,它的电流不仅取决于外加电压和自身电阻,并且还取决于与转速成正比的反电动势(当φ为常数) 。将式(4-1) 代入(4-9) 式,可得?n=U/Ce-R Te/ Ce Cm (4-10)?其中Cm=Kmφ,式(4-10)称为电动机的机械特性,它描述了电动机的转速与转矩之间的关系。?图4-5是机械特性曲线族。在这一曲线族中,不同的电枢电压对应于不同的曲线,各曲线是彼此平行的。n0( U/Ce)称为“理想空载转速”,而⊿n(R Te/ Ce Cm) 称为转速降落。