第一章-直流伺服电机.ppt

第1章 直流伺服电动机 1.1 概述 1.2 直流伺服电动机的控制方式和运行特性 1.3 直流伺服电动机的动态特性 1.4 特种直流伺服电动机 1.5 直线直流电动机 1伺服电动机概述 伺服电动机又称为执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件。它将输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度而输出。输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。改变控制电压可以变更伺服电动机的转速反转向。 伺服电动机按其使用的电源性质不同，可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。交流伺服电动机通常采用笼型转子两相伺服电动机和空心杯转子两相伺服电动机，所以常把交流伺服电动机称为两相伺服电动机。直流伺服电动机—能用在功率稍大的系统中。其输出功率约为1~600w，但也有的可达数下瓦；两相伺服电动机输出功率约为0.1~100w，其中最常用的是在30W以下。 1伺服电动机概述 近年来，由于伺服电动机的应用范围日益扩展、要求不断提高、促使它有了很大发展，出现了许多新型结构。又因系统对电动机快速响应的要求越来越高，使各种低惯量的伺服电动机相继出现，如盘形电枢直流电动机、空心杯电抠直流电动机和电枢绕组直接绕在铁心上的无槽电枢直流电动机等。 随着电子技术的发展，又出现了采用电子器件换向的新型直流伺服电动机，它取消了传统直流电动机上的电刷和换向器，故称为无刷直流伺服电动机。此外，为了适应高精度低速伺服系统的需要，研制出直流力矩电动机，它取消了减速机构而直接驱动负载。 自动控制系统对伺服电动机的基本要求 宽广的调速范围。伺服电动机的转速随着控制电压的改变能在宽广的范围内连续调节。 机械特性和调节特性均为线性。伺服电动机的机械特性是指控制电压一定时，转速随转矩的变化关系；调节特性是指电动机转矩一定时，转速随控制电压的变化关系。线性的机械特性和调节特性有利于提高自动控制系统的动态精度。 无“自转”现象。伺服电动机在控制电压为零时能立自行停转。 快速响应。电动机的机电时间常数要小，相应地伺服电动机要有较大的培转转矩和较小的转动惯量。这样，电动机的转速便能随着控制电压的改变而迅速变化。 2. 伺服电动机的分类 普通直流伺服电动机 直流伺服电动机 低惯量直流伺服电动机 直流力矩电动机 两相感应伺服电动机 交流伺服电动机 三相感应伺服电动机 无刷永磁伺服电动机 直线伺服电动机 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。 1.2直流伺服电动机的控制方式和运行特性 1.2.1控制方式 由 可知，改变电枢电压和改变励磁磁通都可以改变电动机的转速。 1.2.1控制方式 2．磁场控制 电枢绕组电压保持不变，改变励磁回路的电压。若电动机的负载转矩不变，当升高励磁电压时，励磁电流增加，主磁通增加，电机转速就降低；反之，转速升高。改变励磁电压的极性，电机转向随之改变。 尽管磁场控制也可达到控制转速大小和旋转方向的目的，但励磁电流和主磁通之间是非线性关系，且随着励磁电压的减小其机械特性变软，调节特性也是非线性的，故少用。 伺服电动机的运行特性包括机械特性和调节特性。 （1）n0、Tk、k的物理意义 理想空载转速n0：n0是电磁转矩Te=0时的转速，由于电机空载时Te= T0，电机的空载转速低于理想空载转速。 2. 调节特性 调节特性是指负载转矩不变时，电机转速与电枢电压之间的函数关系，即 。 由 得 （1） Ua0和k1的物理意义 始动电压Ua0： Ua0是电动机处在待动而又未动临界状态时的控制电压。 （2）总阻转矩对调节特性的影响 总阻转矩Ts变化时， ，斜率k1保持不变。因此对应于不同的总阻转矩 ，可以得到一组相互平行的调节特性。 动圈式耳机与动铁式耳机 动圈式耳机 动圈耳机，又称电动式耳机。目前绝大多数平价的耳机耳塞都属此类，原理类似于电动式扬声器，处于永磁场中的缠绕的圆柱体状线圈与振膜相连，线圈在信号电流驱动下带动振膜发声。在动圈式耳机中，振膜边缘直接固定在驱动单元的框架上，振膜具