机电电机直流

机电电机直流第1页，共22页，2023年，2月20日，星期五直流伺服电动机的分类1.按励磁方式:分为电磁式和永磁式两种。2.按结构：分为一般电枢、无刷电枢式、绕线盘式和空心杯电枢式。3.按控制方式：磁场控制和电枢控制无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。电动机的转子上有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。第2页，共22页，2023年，2月20日，星期五直流电动机的励磁方式直流电机的励磁方式有他励和自励两种他励式的励磁电流由独立的电源供给；自励式的电流则由电枢本身的电动势产生。他励式的电流则由励磁绕组感应电枢来产生电动势。

U1为励磁电压，U2为电枢电压MU1I1I2U2放大器U++––他励励磁方式第3页，共22页，2023年，2月20日，星期五直流电动机的型号命名直流伺服电动机大多数用机座号表示机壳外径，国产直流电动机的型号命名包含四个部分：

1、数字表示机座号2、汉语拼音表示名称代号3、数字表示性能参数序号4、数字和汉语拼音表示结构派生代号例如：28Y03-C表示28号机座永磁式直流伺服电动机、第03个性能参数号的产品、SY系列标准中选定的一种基本安装方式、轴伸型式派生为齿轮轴伸。第4页，共22页，2023年，2月20日，星期五由机械特性可知：(1)一定负载转矩下，当磁通不变时，U2n。(2)U2=0时，电机立即停转。电动机反转：改变电枢电压的极性，电动机反转。

直流伺服电机的机械特性与他励直流电机相同一样，也可用下式表示机械特性曲线如图所示。直流伺服电动机的n=f(T)曲线(U1=常数)U20.8U20.6U20.4U2nTO直流伺服电动机的机械特性第5页，共22页，2023年，2月20日，星期五直流电动机的特点①稳定性好。直流伺服电机具有下垂的机械性，能在较宽的调速范围内稳定运行。②可控性好。直流伺服电机具有线性的调节特性，能使转速正比于控制电压的大小；转向取决于控制电压的极性；控制电压为零时，转子惯性很小，能立即停止。③响应迅速。直流伺服电机具有较大的起动转矩和较小的转动惯量，在控制信号增加、减小或消失的瞬间，直流伺服电机能快速起动、快速增速、快速减速和快速停止。④控制功率低，损耗小。

⑤转矩大。直流伺服电机广泛应用在宽调速系统和精确位置控制系统中，其输出功率一般为1～600W，也有达数千瓦。电压有6V、9V、12V、24V、27V、48V、110V、220V等。转速可达1500～1600r/min。⑥由于存在换向器，其制造复杂，价格较高。第6页，共22页，2023年，2月20日，星期五直流电动机的控制方式直流电机的转速

（Ce电机电势常数）

调压恒转矩调速：调节Ua，保持φ和Ra不变。由于绕组绝缘耐压的限制，调压只能在额定转速以下进行。属于恒转矩调速。

调磁恒功率调速：调节φ，保持Ua和Ra不变。改激磁电流即可改Φ，在Ua恒定情况下，磁场接近饱和，故只能弱磁调速，在额定转速以上进行。属于恒功率调速。调速方法的选择：进给系统一般选用调压恒转矩调速第7页，共22页，2023年，2月20日，星期五有三种调速方法：

电枢控制调速（即恒转矩调速）：不同的转速时，

磁场控制调速（即恒功率调速）：不同的转速时，

混合调速（即恒功率调速），如主轴伺服驱动，在额定转速以下为恒转矩调速，在额定转速以上为恒功率调速.如进给伺服系统如小惯量高速伺服系统直流伺服电机的调速第8页，共22页，2023年，2月20日，星期五调压调速的两种方法1）晶闸管可控硅整流调速—SCR（SiliconControlledRectifier）

通过对晶闸管触发角的控制来控制电机电枢电压，以达到调速的目的。

2）脉宽调制晶体管调速—PWM(PulseWidthModulation)

通过脉宽调制器将直流电压转换成方波电压，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，以达到调速的目的。第9页，共22页，2023年，2月20日，星期五晶闸管的基本特性2)、承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通3)、晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用4)、要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下

结构电气图形符号晶闸管：全称晶体闸流管。俗称可控硅。一种包含3个或3个以上PN结，能从断态转入通态，或由通态转入断态的双稳态电力电子器件晶闸管静态特性:1)、承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通第10页，共22页，2023年，2月20日，星期五可关断晶闸管可关断晶闸管：一种施加适当极性的门极信号，可从通态转换到断态或从断态转换到通态的三端。一般用GTO表示，也可表示为GCS。GTO是一种较理想的直流开关元件，作开关时：与普通晶闸管相比，最突出的优点是：①能自关断，不需要复杂的换流回路；②工作频率高。缺点是：①同样工作条件下擎住电流大。擎住电流指刚从断态转入通态并切除门极电流之后，能维持通态所需的最小阳极电流。②关断脉冲对功率和负门极电流的上升率要求高。GTO与功率晶体管相比,其优点是：①能实现高压、大电流；②能耐受浪涌电流；③开关时只需瞬态脉冲功率。缺点是门控回路比较复杂。

第11页，共22页，2023年，2月20日，星期五晶闸管的外形AKG第12页，共22页，2023年，2月20日，星期五电力晶体管晶体管：是一种固体半导体器件，可以用于放大、开关、稳压、信号调制和许多其他功能。晶体管主要分为两大类：双极性晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。晶体管有三个极，双极性晶体管的三个极分别是发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。场效应晶体管的三个极分别是源极（Source）、栅极（Gate）和漏极（Drain）。电力晶体管（GiantTransistor—GTR）与普通的双极结型晶体管基本原理一样，主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多。电气图形符号第13页，共22页，2023年，2月20日，星期五大功率晶体管外形第14页，共22页，2023年，2月20日，星期五直流伺服驱动装置——晶闸管（即可控硅SCR）调速系统包括控制回路：主回路：可控硅整流放大器：整流、放大、驱动，使电机转动。速度环：速度调节（PI），作用：好的静态、动态特性。电流环：电流调节(P或PI)。作用：加快响应、启动、低频稳定等。触发脉冲发生器：产生移相脉冲，使可控硅触发角前移或后移。速度调节器电流调节器触发脉冲发生器可控硅整流器电流反馈速度反馈电流检测编码器电机UR+-UfIfIR+-E1ES1）晶闸管调速系统第15页，共22页，2023年，2月20日，星期五原理：三相整流器，由二个半波整流电路组成。每部分内又分成共阴极组（1、3、5）和共阳极组（2、4、6）。为构成回路，这二组中必须各有一个可控硅同时导通。1、3、5在正半周导通，2、4、6在负半周导通。每组内（即二相间）触发脉冲相位相差120º，每相内二个触发脉冲相差180º。按管号排列，触发脉冲的顺序：1-2-3-4-5-6，相邻之间相位差60º。为保证合闸后两个串联可控硅能同时导通，或已截止的相再次导通，采用双脉冲控制。既每个触发脉冲在导通60º后，在补发一个辅助脉冲；也可以采用宽脉冲控制，宽度大于60º，小于120º。Ⅰ、Ⅱ二组反并接，分别实现正转和反转。主回路工作原理Ⅰ组Ⅱ组。主回路:462791113581210ABCMUdRdbKMKR+-第16页，共22页，2023年，2月20日，星期五e)uacbcaba)b)c)d)135

①②③④⑤⑥ωtub246bcaωtωtωtωt11335511336224466224135246120°120°180°60°132460°60°56α原理：只要改变可控硅触发角（即改变导通角），就能改变可控硅的整流输出电压，从而改变直流伺服电机的转速。触发脉冲提前来，增大整流输出电压；触发脉冲延后来，减小整流输出电压。主回路波形图ABC第17页，共22页，2023年，2月20日，星期五调节晶闸管触发脉冲相位，可改变可控整流器输出电压的波形。整流器输出电瞬时值ud

的呈周期性变化。触发脉冲相位控制OOOOO第18页，共22页，2023年，2月20日，星期五直流伺服驱动装置——脉宽调制（PWM——pulsewidthmodulation）控制的位置伺服系统。近年来，晶体管脉宽调制方式在世界上得到了广泛应用，并且逐步取代晶闸管控制方式。结构组成：2）晶体管脉宽调制（PWM）调速系统速度调节器电流反馈脉宽调制基极驱动功放振荡器

电流调节器GMUsrUsf

整流第19页，共22页，2023年，2月20日，星期五①主回路：大功率晶体管开关放大器；功率整流器。②控制回路：速度调节器；电流调节器；固定频率振荡器及三角波发生器；脉宽调制器和基极驱动电路。区别：与晶闸管调速系统比较，速度调节器和电流调节器原理一样。不同的是脉宽调制器和功率放大器。直流脉宽调制：功率放大器中的大功率晶体管工作在开关状态下，开关频率保持恒定，用调整开关周期内晶体管导通时间（即改变基极调制脉冲宽度）的方法来改变输出。从而使电机获得脉宽受调制脉冲控制的电压脉冲，由于频率高及电感的作用则为波动很小的直流电压（平均电压）。脉宽的变化使电机电枢的直流电压随着变化。结构分析第20页，共22页，2023年，2月20日，星期五如图所示开关K周期性的开关,周期为T,接通时间为τ,外加电源电压U为常数，则加到电枢上的波形是一个高为U，宽为τ，周期为T的方波。则它的平均值为：．．．M．τ１Tτ2