控制电机.ppt

1、,参考书 1控制电机（第三版） 陈隆昌 高等学校电子信息类规划教材 西安电子科技大学出版社2008 年7月 2自动控制元件及线路(第四版) 作者:梅晓榕 柏桂珍 张卯瑞 出版社:科学出出版社 3自动控制元件 作者: 葛伟亮 出版社: 北京理工大学出版社 4自动控制元件 作者:刘陵顺 北京航空航天大学出版社2009 年6月,第三章 直流电机的一般问题,y = y1 - y2,y = y1 + y2,一.电势平衡关系 G: Ea=U+IaRa (3-6) M: U=Ea+IaRa (3-7) 二.转矩平衡关系 G: T1=T0+Tem (3-8) M: Tem=T0+T2 (3-9),（1）在发电

2、机运行状态和电动机运行状态中都同时存在感应电势和电磁转矩，而且感应电势和电磁转矩的表达式相同,Ea= Cen,Tem=CTIa,发电机运行状态 电动机运行状态 Tem-制动转矩 Tem-驱动转矩 Ea和Ia同方向 Ea和Ia反方向 Ea为正电势 Ea为反电势,直流电机两种运行状态的比较,（2）发电机运行状态和电动机运行状态都同时存在两种平衡关系 电压平衡方程式-反映了直流电机和外电源或外电路的联系 转矩平衡方程式-反映直流电机和外部机械的联系,发电机运行状态时,电动机运动状态时,三.电磁功率和功率平衡关系,直流电动机的使用,1. 直流电动机的启动,电动机的启动性能有几点要求：,（1）起动时电磁

3、转矩要大，以利于克服起动时的阻转矩 （2）起动时电枢电流不要太大 （3）要求电动机有较小的转动惯量和在加速过程中保持足够大的 电磁转矩，以利于缩短起动时间，提高劳动生产率,电动机起动瞬间的电枢电流：,采用电枢回路串联电阻的办法来限制起动电流，一般把起动电流限制在允许电流值的(1.52)倍以内。,1.为了获得大的起动转矩，起动时，激磁磁通应保持最大。 2.切勿使激磁回路断开。如果起动前激磁回路断开，则电机不能起动。如果在带负载运行过程中断开，则将发生堵转。若长期通过堵转电流，将由于电机绕组过热而损坏。若空载运行中断开，电机转动将越来越快，大大超过额定值，发出尖锐的噪声，这种事故称作“飞车”。“飞

4、车”不仅使电机受到很大的机械损伤（特别是换向器），而且由于电枢电流大大超过额定值而使绕组和换向器损坏。,2. 改变直流电动机转向的方法,改变电动机的转向有两种方法： （1）改变磁通的方向；（2）改变电枢电流的方向； 如果两者方向均改变，则电磁转矩方向不变。所以要改变电动机的转向，必须单独改变电枢方向或激磁电流方向。,第四章 直流测速发电机和直流伺服电动机,4.1直流测速发电机 4.2直流伺服电动机 4.3直流力矩电动机 4.4直流测速发电机和直流伺服电动机的应用,4.2 直流伺服电动机,第四章直流测速发流机和直流伺服电动机,自动控制系统对直流伺服电动机的要求：,可控性好,响应快,机械特性和调节

5、特性良好,调速范围大，转速稳定,控制功率小,图4-0 直流电动机的原理模型,图4-1 直流电动机工作原理图,（4-1）,（4-2）,（4-3）,同时考虑到,和,当磁通是常数时，上式可写为,其中,得,由直流电动机的电压平衡关系式,为理想空载转速,为机械特性斜率,1. 直流伺服电动机的机械特性,电枢电压Ua一定、励磁电流为常数时，转速随电磁转矩或负载阻转矩的变化规律。即n = f（Tem）or n = f ( Ts)；表征这个规律的曲线称机械特性曲线。,物理意义,（1）n0-理想空载转速,（2）Td-堵转转矩,（3）k-斜率,相同的T引起的n变化大的特性软，变化小的特性硬,k=n/T,电枢电压对机

6、械特性的影响,电枢回路电阻对机械特性的影响,图a 放大器等效成电压源和其内阻串联时的电枢回路,图b 放大器的内阻对特性的影响,2. 直流伺服电动机的调节特性,电动机在一定负载转矩下，稳态转速随控制电压的变化规律。表征这个规律的曲线称调节特性曲线。,（4-2）,调节特性曲线的斜率,Us是始动电压,3.直流伺服电动机的工作状态,3.直流伺服电动机的工作状态,三 直流伺服电动机的过渡过程,直流电动机在动态下的四个基本平衡关系,式中 Ea 电动机反电动势（V）； ia 电枢电流瞬时值（A）； La 电枢电路总电感（H）； Ra 电枢电路等效电阻（）， Ua 电动机外加电枢电压（V）， Tem 电磁转矩

7、（Nm）， F 电机气隙磁通（Wb）, Ts静态负载转矩（Nm） J 折合到电机轴上的总转动惯量（Kgm2） W电机转速（m/s）,（44）,四个基本平衡关系用方框图表示为,忽略摩擦阻力，在动态情况下，先不考虑空载转矩T0,令,上式为,是一个二阶环节,由于电感很小，忽略te时,是一个一阶环节，其时间响应为,这就是直流电动机的动态特性：,（48）,（49）,若要考虑摩擦阻力：,令,上式为,仍然是一个二阶环节只不过时间常数略有不同,直流电动机的调速方法,（4-2）,由式（4-2）可以看出，有三种方法调节电动机的转速： （1）调节电枢供电电压 U； （2）减弱励磁磁通 ； （3）改变电枢回路电阻 R

8、。,直流电动机调速方法,（1）调压调速(调节电枢供电电压),工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电阻 R = Ra 调节过程： 改变电压 UN U U n ， n0 调速特性： 转速下降，机械特 性曲线平行下移。,（42）,调速范围很大，但需要附加调压设备。,工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ； 调节过程： 增加电阻 Ra R R n ，n0不变； 调速特性： 转速下降，机械特 性曲线变软。,（2）调阻调速(改变电枢回路电阻),只能将转速调低，设备比较简单。,（3）调磁调速(减弱励磁磁通),工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； 调节过程：

9、减小励磁 N n ， n0 调速特性： 转速上升，机械特性曲线变软。,调磁调速特性曲线,（42）,只能将转速调高；调速的快速性较差,三种调速方法的性能与比较,对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。调压调速能在较大的范围内无级平滑调速。,电枢串电阻调速 一台直流电动机，其原来运行情况为：电机端电压Ua=220V， Ea=210V，Ra=1，Ia=10A，n=1500rpm。今在电枢回路串电阻降低转速，设Rtj=10并设负载转矩不变，求转速降低到原来的百分之几？,解：,=0.523,调压调速 一台直流电动机，其原来运行情况为：电机端电压Ua=110V， Ea=90V，Ra=20，Ia=1A，n=3000rpm。问如果电源电压