直流伺服电机与其驱动技术.pptVIP

第三章 伺服电机及其驱动技术 3.1 一般规律 3.2 直流永磁伺服电机及其驱动技术 3.3 交流永磁同步伺服电机及其驱动技术 3.4 直流无刷伺服电机及其驱动技术 3.5 两相混合式步进电机及其驱动技术 3.1 一般规律 1. 电机统一理论 2．电机的基本运动方程 3. 伺服电机的四象限运行 1、电机统一理论 伺服电机的定子和转子由永磁体或铁芯线圈构成。 永磁体产生磁场，而铁芯线圈通电后也会产生磁场。 定子磁场和转子磁场相互作用产生力矩，使电机带动负载运动，从而通过磁的形式将电能转换为机械能。 永磁体或铁芯线圈产生磁场的根源是存在着磁通势。 永磁体的磁通势是常量，大小由体积和材料导磁性能决定，方向是由N极指向S极。 而铁芯线圈产生的磁通势遵循如下的关系式： Fm=IW[安匝] 式中Fm—磁通势，或简称磁势； I—线圈中流过的电流； W—线圈匝数，或绕组匝数。 在同样铁芯下，线圈匝数越多，通过线圈的电流越大，产生的磁通势越大。磁势的方向与线圈中的电流成右螺旋关系。 磁势是即有大小又有方向的量，可用矢量表示。 电机统一理论指出：电机产生的转矩为 式中 Fs, Fr ——定、转子磁势的幅值； θs-θr ——定、转子磁势之间的夹角。 要想增大力矩，必须增大定、转子磁势。 当定子磁势与转子磁势相互垂直时，产生的转矩最大。 电机统一理论是所有电机工作的基础。 2．电机的基本运动方程 式中 T—电机转矩, 单位为[Nm]； Tf—负载转矩，单位为[Nm]； J—电机转子及负载的转动惯量，单位为[Kgm∧2]； Θ—电机位置，单位为[rad] 电机的基本运动方程指出电机转矩、转速之间的关系。 在负载一定条件下，只有改变电机转矩才能改变电机转速。 当电机转矩大于负载转矩时，电机产生加速运动； 当电机转矩小于负载转矩时，电机产生减速运动； 当电机转矩等于负载转矩时，电机恒速运动。 电机及负载转动惯量是影响速度变化的另一主要因素 负载的加速度要求和转动惯量对选择伺服电机尺寸是很重要的。 如果要求负载以高加速度运动或负载的转动惯量较大，即使负载转矩很小，也可能需要大转矩的电机； 反之，如果负载要求的加速度很小或负载的转动惯量较小，即使负载转矩很大，也可能小转矩的电机就能满足要求。 3. 伺服电机的四象限运行 伺服系统常要求伺服电机即能正向运动，又能反向运动；即能加速运动又能减速运动。这就要求电机力矩的大小及方向都能改变。 电机的这种力矩一速度关系可以4象限形式表示出来 电机在做正向或反向的加速或匀速运动时，力矩和速度的方向一致，电机产生驱动转矩“推”动电机旋转，这种状态称为电动状态； 当电机做正向或反向的减速运动时，力矩和速度的方向相反，电机产生制动转矩；“拉”动电机停止，这种状态称为制动状态。 轨迹跟踪系统 电机也必须有四象限运行能力 四象限运行能力是伺服电机与一般电机区别的一个重要标志。 它要求电机能提供方向及大小均可控制的转矩和转速。 对伺服电机的基本要求 力矩和速度的可控性 快速响应能力 宽调速范围 较高的过载能力 具有频繁起、制动的能力 3.2 永磁直流伺服电机及其驱动技术 1、永磁直流伺服电机的结构 2、永磁直流伺服电机的工作原理 3、永磁直流伺服电机的特性 4、功率放大器 5、电流回路和速度回路 1、结构 由定子磁极、转子电枢和换向机构组成； 定子磁极一般为瓦状永磁体，可为两极或多极结构； 转子的结构有多种形式，最常见的是在有槽铁心内铺设绕组的结构。铁芯由冲压成的硅钢片一类材料迭压而成； 换向机构由换向环和电刷构成。绕组导线连接到换向片上，电流通过电刷及换向片引入到绕组中。 2. 工作原理 转矩的方向将使转子逆时针旋转。当转子旋转以后，夹角的变化将使转矩的大小及方向都发生变化，这将使电机转子来回摆动。 要想维持电机单方向稳定转动，必须维持dFr的方向不变；使 保持不变。 而且如果能使 即定子磁势和转子磁势相互垂直，则能得到最大转矩。 电枢有5个线圈，每个线圈产生的磁势矢量相加得到合成磁势。 合成磁势的方向依然随转子旋转而改变。 这仅使电机力矩更大一些，力矩的大小及方向改变的问题依然存在。 假如我们在转子旋转时，能通过电流换向，始终保证电枢几何中性面以上的全部绕组端子为电流流进，下面的绕组端子为电流流出，就能保证转子合成磁势的方向不变，且与定子磁势垂直。 这个工作