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直流伺服电机讲义

直流伺服电机讲义. ( 仅供内部学习参考 ). 2009 年 7 月 28 日. 直流伺服电机的特点 1. 直流伺服电机的功能： 将电控制信号转换为机械信号 ，实现位 置或转速的控制。. 直流伺服电机的结构： 和一般直流电机结构相同，只是它的容积和体积都较小、是一种微型永磁式直流电机。. 直流伺服电机的特点： 体积小、重量轻、转速高、机械特性好、响应快速、驱动及控制简单。. 直流伺服电机的特点 2. 与交流伺服电机比较，直流伺服电机有以下性能特点： 低速平稳；适宜 10,000RPM 以下应用。

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直流伺服电机讲义

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  1. 直流伺服电机讲义 (仅供内部学习参考) 2009年7月28日

  2. 直流伺服电机的特点1 直流伺服电机的功能： 将电控制信号转换为机械信号 ，实现位 置或转速的控制。 直流伺服电机的结构： 和一般直流电机结构相同，只是它的容积和体积都较小、是一种微型永磁式直流电机。 直流伺服电机的特点： 体积小、重量轻、转速高、机械特性好、响应快速、驱动及控制简单。

  3. 直流伺服电机的特点2 • 与交流伺服电机比较，直流伺服电机有以下性能特点： • 低速平稳；适宜10,000RPM以下应用。 • 容易控制； • 成本较低。 • 电机碳刷寿命和换向电火花局限性。 • 功率较小（工业用一般为几瓦~几百瓦）

  4. 直流电机的基本原理 1 当导体在磁场中运动而切割磁力线时，该导体中产生感应电动势e: e = B ×L× v B：磁场的磁通密度； L： 导体长度； v：导体与磁场相对速度。 e、B、v之间的方向关系可用右手定则确定。 此为直流发电机原理。 右手定则

  5. 直流电机的基本原理 2 当载流导体位于磁场中，导体上受到的电磁力F: F = B ×L× i B：磁场的磁通密度； L： 导体长度； i：导体中的电流。 F、B、i之间的方向关系可用左手定则确定。 此为直流电动机原理。 左手定则

  6. 直流电机的基本原理 3 电机的可逆性原理：任何电机既可以作为发电机运行，也可以电动机运行，发电机和电动机只是一台电机的两种不同运行方式。

  7. 直流电机的基本原理 4 电机的实际结构远比上图复杂。为了得到足够大的、均匀的扭矩： 在电枢上安装了多个绕组，磁极也往往不止一对。 电角度 机械角度 直流电机主磁路 4极直流电机 磁通密度的分布图

  8. T F = B ×L× i T = KT× i T1 T2 T3 T4 T5 T6 e = B ×L× v e = Ke × n 0 直流电机的基本原理 5 力矩常数 反电势常数 许多线圈组成电枢绕组，使电机输出力矩脉动降低。

  9. 直流电机的基本原理 6 • 永磁直流电机的反电动势常数KE和转矩常数KT • 1、永磁直流电机的反电动势常数KE • 只要电机在转动，必然会有线圈切割磁力线，所以会有反电动势产生。对于具体的某型号直流电机，其转动速度越快，则产生的反电动势电压越高。也即反电动势电压与电机转速成正比。反电动势常数KE 就是用来表示这种比例关系的。 KE=E/N （式中E为反电动势:V，N为电机转速:KRPM）。例：用对拖的方法带动某电机以3000RPM的速度旋转，测得该电机的正负极之间的电压为30V，则其KE 计算方法如下： • KE=E/N=30V/3KRPM=10V/KRPM • 2、永磁直流电机的转矩常数KT • 对于具体的某型号直流电机，通过电机绕组电流越大，则电机轴产生的转矩越大。也即电机的转矩与电机绕组电流成正比。转矩常数KT 就用来表示电机的转矩与通过电机绕组电流之比。 KT= T / I （式中T为转矩:NM， I为电流:A） • 例：测得某电机轴的输出转矩为0.35NM，测得此时的绕组电流为非5A，则其KT计算方法如下： • KT = T / I =0.35/5=0.07NM/A

  10. 直流电机的基本原理 7 • 永磁直流电机的反电动势常数KE和转矩常数KT的关系： • 当以角速度(1/s)单位进行计算时： • Ke= w *P*φ/π=Kt 上式中： • w—每极总计算导体数 • B—计算直径柱面上的磁感应强度 • P—极对数 • φ—每极磁通………………φ=LτB

  11. 机械损耗pm：轴vs轴承摩擦/电刷vs换向器摩擦/通风损耗等。这些损耗主要与转速有关，转速变化不大时，基本为常量。机械损耗pm：轴vs轴承摩擦/电刷vs换向器摩擦/通风损耗等。这些损耗主要与转速有关，转速变化不大时，基本为常量。 • 铁心损耗pFe:电枢铁心中磁场交变，会产生涡流损耗和磁滞损耗。铁耗近似与磁密的平方及转速的1.2~1.5次方成正比。 • 负载损耗：电枢回路电阻损耗pa=Ia2Ra;电刷接触压降损耗Pb=2ΔUsIa（可变损耗） • 杂散损耗pΔ:齿槽引起磁场脉动引起的铁耗，一些机械部件切割磁通产生的铁耗等pΔ=(0.5~1)%P2。 直流电机的基本原理 8 直流电机的损耗 直流电机的效率η=P2/P1 式中：P2轴的输出功率；P1.电机的输入电功率。

  12. 永磁直流电机机械特性1 • 对电机物理模型做以下基本假设： • 电枢磁场不影响励磁磁场大小，即忽略电枢反应的去磁或助磁作用； • 电刷与换向器之间的接触电阻压降用等效电阻取代； • 电机磁路不饱和，电枢电感为常数； • 不考虑换向过程对电路的影响。

  13. I V e R n n0 V n0’ V1 n0” V2 0 T Tmax 永磁直流电机机械特性曲线 永磁直流电机机械特性2 由： T = KT×I 其中： I = (V – E) / R E = Ke × n 得： 电压V>V1>V2

  14. 永磁直流电机动态特性1 电枢电压方程： 电机转矩： T = KT × i 电机转子有质量、轴承有摩擦，所以电机转矩平衡方程为： 感应电动势方程：

  15. . TL θ - V i T 1 LS+R 1 JS+C KT - e Ke 永磁直流电机动态特性2 传递函数： 电磁时间常数： 机电时间常数： 固有频率： 阻尼比：

  16. 永磁直流电机重要计算公式的理解和应用 1、T = KT × I 2、I = (V – E) / R 3、E = Ke × n 4、 5、PO=T × n 6、PI=V× I 7、η=PO /PI ×100%

  17. 位置和速度传感器 1、光电编码器 2、旋转变压器 3、测速发电机 4、光栅

  18. 直流伺服电机术语1

  19. KT[ 直流伺服电机术语2 第13项 电感L：[mH]

  20. 例题: • 设一台直流电动机原来的运行情况为:电动机端电压U=110V,E=90V,R=20Ω,I=1A,N=3000RPM.如电源电压降低一半,而负载转矩不变,转速将降低到原来的百分之几? • 解:

  21. 雷赛直流伺服电机样本

  22. 电机型号：DCM5027-1000 ( 0809) R=1.2;Ke= 8.43;Kt=0.0805

  23. 特性曲线

  24. 多谢各位！ 深圳市雷赛机电技术开发有限公司 产品管理部 WWW.LEISAI.COM TECH HOTLINE：13501570212 下一讲：“直流伺服电机驱动与控制介绍” 待续

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