YY系列直流伺服電機
伺服電機通常由驅動(dòng)部分和編碼器組成,伺服電機的運動(dòng)比同類(lèi)步進(jìn)電機更加平滑,并且位置控制的分辨率更高。雖然伺服器系列進(jìn)一步分為交流和直流類(lèi)型,但我們使用的大多數伺服器都是有刷直流電機。
伺服器軸上的磁鐵固定在特定位置,電動(dòng)機內部產(chǎn)生的磁場(chǎng)序列和組合驅動(dòng)磁鐵,并精確控制軸的旋轉。伺服軸上還有一個(gè)玻璃盤(pán),上面有很細的線(xiàn)條。光學(xué)編碼器隨著(zhù)電動(dòng)機的旋轉對這些線(xiàn)進(jìn)行計數,信息反饋到控制器,并通過(guò)大量反饋回路和邏輯電路產(chǎn)生所需的運動(dòng)。
直流伺服電機理論
用作直流伺服電動(dòng)機的電動(dòng)機通常具有用于場(chǎng)繞組和電樞繞組的單獨的直流電源。可以通過(guò)控制勵磁電流或電樞電流來(lái)歸檔控制。勵磁控制相對于電樞控制有一些特殊的優(yōu)勢,另一方面,電樞控制也比勵磁控制有一些特殊的優(yōu)勢。取決于直流伺服電機的特定應用,應確定應將哪種類(lèi)型的控制應用于直流伺服電機。
讓我們一一討論直流伺服電動(dòng)機的磁場(chǎng)控制和電樞控制工作原理。
場(chǎng)控制直流伺服電動(dòng)機理論
下圖顯示了現場(chǎng)控制直流伺服電機的示意圖。在這種布置中,直流電動(dòng)機的磁場(chǎng)被放大的誤差信號激勵,電樞繞組由恒流源供電。
磁場(chǎng)控制在磁化飽和曲線(xiàn)的拐點(diǎn)以下。在曲線(xiàn)的那部分,mmf隨激勵電流線(xiàn)性變化。這意味著(zhù)直流電動(dòng)機中產(chǎn)生的轉矩與勵磁飽和曲線(xiàn)拐點(diǎn)以下的勵磁電流成正比。
從直流電動(dòng)機的一般轉矩方程式可知,轉矩T∝φIa。其中,φ是磁場(chǎng)通量,Ia是電樞電流。但是在現場(chǎng)控制的直流伺服電動(dòng)機中,電樞由恒流源激勵,因此Ia在這里是恒定的。因此,T∝φ
當該直流伺服電動(dòng)機的磁場(chǎng)被放大的誤差信號激勵時(shí),電動(dòng)機的轉矩,即電動(dòng)機的旋轉可以通過(guò)放大的誤差信號來(lái)控制。如果恒定電樞電流足夠大,則勵磁電流的每一次微小變化都會(huì )導致電動(dòng)機軸上的轉矩相應變化。
旋轉方向可以通過(guò)改變磁場(chǎng)的極性來(lái)改變。旋轉方向也可以通過(guò)使用分離磁場(chǎng)直流電動(dòng)機來(lái)改變,其中,勵磁繞組分為兩部分,繞組的一半按順時(shí)針?lè )较蚶p繞,另一半按逆時(shí)針?lè )较蚶p繞。放大后的誤差信號被饋送到磁場(chǎng)的兩半的交點(diǎn),如下所示。勵磁繞組的兩半的磁場(chǎng)彼此相對。在電動(dòng)機運行期間,取決于在這兩半之間饋送的放大誤差信號的值,一半的磁場(chǎng)強度會(huì )主導另一半。由此,直流伺服電動(dòng)機根據放大后的誤差信號電壓向特定方向旋轉。現場(chǎng)控制直流伺服電機的主要缺點(diǎn)是,由于感應勵磁電路的時(shí)間常數較長(cháng),因此對誤差的動(dòng)態(tài)響應較慢。磁場(chǎng)是一個(gè)電磁體,因此基本上是一個(gè)高電感電路,因此由于誤差信號電壓的突然變化,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后,通過(guò)磁場(chǎng)的電流將達到其穩態(tài)值,具體取決于磁場(chǎng)電路的時(shí)間常數。這就是為什么現場(chǎng)控制直流伺服電機裝置主要用于小型伺服電機的原因。
使用磁場(chǎng)控制方案的主要優(yōu)點(diǎn)是,由于電動(dòng)機是由磁場(chǎng)控制的,因此控制功率要求遠遠低于電動(dòng)機的額定功率。
電樞控制直流伺服電動(dòng)機理論
下圖顯示了電樞控制的直流伺服電機的示意圖。在此,電樞由放大的誤差信號激勵,而磁場(chǎng)由恒定電流源激勵。
該磁場(chǎng)的工作位置遠遠超出了磁化飽和曲線(xiàn)的拐點(diǎn)。在曲線(xiàn)的這一部分,對于勵磁電流的巨大變化,電動(dòng)機磁場(chǎng)中的mmf變化很小。這使得伺服電機對勵磁電流的變化不太敏感。實(shí)際上,對于電樞控制的直流伺服電機,我們不希望這樣做,因為該電機應響應任何勵磁電流的變化。
同樣,在飽和時(shí),磁場(chǎng)通量最大。如前所述,直流電動(dòng)機的一般轉矩方程為:轉矩TφIa。現在,如果φ足夠大,則電樞電流Ia的每微小變化都會(huì )使電動(dòng)機轉矩發(fā)生顯著(zhù)變化。這意味著(zhù)伺服電機對電樞電流變得非常敏感。
由于直流電動(dòng)機的電樞的電感性和電阻性較小,因此電樞繞組的時(shí)間常數足夠小。由于電樞電壓的突然變化,這導致電樞電流快速變化。因此,電樞控制的直流伺服電動(dòng)機的動(dòng)態(tài)響應比現場(chǎng)控制的直流伺服電動(dòng)機的動(dòng)態(tài)響應快得多。通過(guò)反轉誤差信號的極性,可以輕松地改變電機的旋轉方向。
永磁直流伺服電機
在永磁直流電動(dòng)機的情況下,由于磁場(chǎng)是永磁體,因此無(wú)法進(jìn)行磁場(chǎng)控制。在這種情況下,直流伺服電動(dòng)機的工作原理類(lèi)似于電樞控制電動(dòng)機。
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