直流伺服电机讲义 移动转子直流电机 . 电机类型 直径 长度(mm) 整流 额定功率 RE-Program RE

Presentation on theme: "直流伺服电机讲义 移动转子直流电机 . 电机类型 直径 长度(mm) 整流 额定功率 RE-Program RE"— Presentation transcript:

1 直流伺服电机讲义 移动转子直流电机 . 电机类型 直径 长度(mm) 整流 额定功率 RE-Program RE 10 10 17
精致金属刷 0.75 Watt 24.6 1.5 Watt RE 13 13 19.2/21.6 1.2 Watt 31.4/33.8 2.5 Watt 22.3/24.7 石墨刷 34.5/36.9 3.0 Watt RE 15 15 22.3 精致金属刷CLL 1.6 Watt RE 16 16 40.45 3.2 Watt 43.45 4.5 Watt RE 25 25 54.5 10 Watt 20 Watt RE 26 26 58.8 18 Watt RE 35 35 70.9 90 Watt RE 36 36 71.2 70 Watt RE 40 40 71 150 Watt RE 75 75 201.5 250 Watt 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 移动转子直流电机 . 电机类型 直径 长度(mm) 整流 额定功率 RE-Program RE 10 10 17
精致金属刷 0.75 Watt 24.6 1.5 Watt RE 13 13 19.2/21.6 1.2 Watt 31.4/33.8 2.5 Watt 22.3/24.7 石墨刷 34.5/36.9 3.0 Watt RE 15 15 22.3 精致金属刷CLL 1.6 Watt RE 16 16 40.45 3.2 Watt 43.45 4.5 Watt RE 25 25 54.5 10 Watt 20 Watt RE 26 26 58.8 18 Watt RE 35 35 70.9 90 Watt RE 36 36 71.2 70 Watt RE 40 40 71 150 Watt RE 75 75 201.5 250 Watt 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 移动转子直流电机 . 电机类型 直径 长度(mm) 整流 额定功率 RE-Program RE 10 10 17
精致金属刷 0.75 Watt 24.6 1.5 Watt RE 13 13 19.2/21.6 1.2 Watt 31.4/33.8 2.5 Watt 22.3/24.7 石墨刷 34.5/36.9 3.0 Watt RE 15 15 22.3 精致金属刷CLL 1.6 Watt RE 16 16 40.45 3.2 Watt 43.45 4.5 Watt RE 25 25 54.5 10 Watt 20 Watt RE 26 26 58.8 18 Watt RE 35 35 70.9 90 Watt RE 36 36 71.2 70 Watt RE 40 40 71 150 Watt RE 75 75 201.5 250 Watt 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
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 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 直流电机主磁路 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 直流电机的基本原理 5 力矩常数 F = B ×L× i T = KT × i e = B ×L× v e = Ke × n 反电势常数 T
T1 T T2 T3 T4 T5 T6 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 Ke= w *P*φ/π=Kt 当以角速度(1/s)单位进行计算时： w—每极总计算导体数
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 直流电机的基本原理 8 直流电机的损耗 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 永磁直流电机机械特性2 V I e R 由： T = KT × I 其中： I = (V – E) / R E = Ke × n n n0
n0 T 永磁直流电机机械特性曲线 n0’ n0” V1 V V2 Tmax 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 永磁直流电机动态特性2 θ . - e i T TL V 1 Ke KT 传递函数： 固有频率： 阻尼比： 电磁时间常数： 机电时间常数：
LS+R JS+C Ke θ . - e i KT T TL V 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

19

20 直流伺服电机术语1

21 直流伺服电机术语2 第13项 电感L：[mH] KT[

22 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:

23 雷赛直流伺服电机样本 序号 参数 符号 DCM50207 DCM50207-03 DCM50207-06 DCM50202 DCM50205
1 额定电压 (V) E 30.3 24 2 额定转矩 (NM) TN 0.35 0.15 0.25 3 额定转速 （RPM) NN 2900 2500 3500 3400 4 额定电流 (A) IN 4.8 4.5 5.5 3.8 5 空载转速 （RPM） N0 3600 3000 4600 4300 6 空载电流① （A） I0 0.45 0.3 0.5 7 反电势常数① (V/KRPM) KE 8.42 8.72 7.33 5.0 5.4 8 转矩常数① (NM/A) KT 0.08 0.083 0.07 0.048 0.052 9 直流电阻① （Ω） R 0.9 0.99 0.81 2.52 0.8 10 绕组电感 （mH） L 1.32 1.15 1.5 0.82 11 转子惯量 (KG*mm2) JM 750 680 700 200 450 12 电机重量 (KG) WM 1.43 1.46 0.63 1.05 雷赛直流伺服电机样本

24 电机型号：DCM5027-1000 ( 0809) R=1.2;Ke= 8.43;Kt=0.0805 U(V) I(A) M(Mn)
n(rpm) Pa(W) Pi(W) η（%） 36 0.25 3886 9 1.69 0.1 3744 60.84 2.88 0.2 3547 103.68 3.8 0.3 3398 136.8 4.35 0.35 3302 156.6 4.97 0.4 3195 178.92 6.09 0.5 3024 219.24 7.17 0.6 2866 258.12 8.24 0.7 2710 296.64

25 特性曲线

26 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