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YY系列直流伺服电机
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YY系列直流伺服电机

伺服电机通常由驱动部分和编码器组成,伺服电机的运动比同类步进电机更加平滑,并且位置控制的分辨率更高。虽然伺服器系列进一步分为交流和直流类型,但我们使用的大多数伺服器都是有刷直流电机。
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伺服电机通常由驱动部分和编码器组成,伺服电机的运动比同类步进电机更加平滑,并且位置控制的分辨率更高。虽然伺服器系列进一步分为交流和直流类型,但我们使用的大多数伺服器都是有刷直流电机。

伺服器轴上的磁铁固定在特定位置,电动机内部产生的磁场序列和组合驱动磁铁,并精确控制轴的旋转。伺服轴上还有一个玻璃盘,上面有很细的线条。光学编码器随着电动机的旋转对这些线进行计数,信息反馈到控制器,并通过大量反馈回路和逻辑电路产生所需的运动。

直流伺服电机理论

用作直流伺服电动机的电动机通常具有用于场绕组和电枢绕组的单独的直流电源。可以通过控制励磁电流或电枢电流来归档控制。励磁控制相对于电枢控制有一些特殊的优势,另一方面,电枢控制也比励磁控制有一些特殊的优势。取决于直流伺服电机的特定应用,应确定应将哪种类型的控制应用于直流伺服电机。

让我们一一讨论直流伺服电动机的磁场控制和电枢控制工作原理。

场控制直流伺服电动机理论

下图显示了现场控制直流伺服电机的示意图。在这种布置中,直流电动机的磁场被放大的误差信号激励,电枢绕组由恒流源供电。

磁场控制在磁化饱和曲线的拐点以下。在曲线的那部分,mmf随激励电流线性变化。这意味着直流电动机中产生的转矩与励磁饱和曲线拐点以下的励磁电流成正比。

从直流电动机的一般转矩方程式可知,转矩T∝φIa。其中,φ是磁场通量,Ia是电枢电流。但是在现场控制的直流伺服电动机中,电枢由恒流源激励,因此Ia在这里是恒定的。因此,T∝φ

当该直流伺服电动机的磁场被放大的误差信号激励时,电动机的转矩,即电动机的旋转可以通过放大的误差信号来控制。如果恒定电枢电流足够大,则励磁电流的每一次微小变化都会导致电动机轴上的转矩相应变化。

旋转方向可以通过改变磁场的极性来改变。旋转方向也可以通过使用分离磁场直流电动机来改变,其中,励磁绕组分为两部分,绕组的一半按顺时针方向缠绕,另一半按逆时针方向缠绕。放大后的误差信号被馈送到磁场的两半的交点,如下所示。励磁绕组的两半的磁场彼此相对。在电动机运行期间,取决于在这两半之间馈送的放大误差信号的值,一半的磁场强度会主导另一半。由此,直流伺服电动机根据放大后的误差信号电压向特定方向旋转。现场控制直流伺服电机的主要缺点是,由于感应励磁电路的时间常数较长,因此对误差的动态响应较慢。磁场是一个电磁体,因此基本上是一个高电感电路,因此由于误差信号电压的突然变化,经过一定时间后,通过磁场的电流将达到其稳态值,具体取决于磁场电路的时间常数。这就是为什么现场控制直流伺服电机装置主要用于小型伺服电机的原因。

使用磁场控制方案的主要优点是,由于电动机是由磁场控制的,因此控制功率要求远远低于电动机的额定功率。

电枢控制直流伺服电动机理论

下图显示了电枢控制的直流伺服电机的示意图。在此,电枢由放大的误差信号激励,而磁场由恒定电流源激励。

该磁场的工作位置远远超出了磁化饱和曲线的拐点。在曲线的这一部分,对于励磁电流的巨大变化,电动机磁场中的mmf变化很小。这使得伺服电机对励磁电流的变化不太敏感。实际上,对于电枢控制的直流伺服电机,我们不希望这样做,因为该电机应响应任何励磁电流的变化。

同样,在饱和时,磁场通量最大。如前所述,直流电动机的一般转矩方程为:转矩TφIa。现在,如果φ足够大,则电枢电流Ia的每微小变化都会使电动机转矩发生显着变化。这意味着伺服电机对电枢电流变得非常敏感。

由于直流电动机的电枢的电感性和电阻性较小,因此电枢绕组的时间常数足够小。由于电枢电压的突然变化,这导致电枢电流快速变化。因此,电枢控制的直流伺服电动机的动态响应比现场控制的直流伺服电动机的动态响应快得多。通过反转误差信号的极性,可以轻松地改变电机的旋转方向。

永磁直流伺服电机

在永磁直流电动机的情况下,由于磁场是永磁体,因此无法进行磁场控制。在这种情况下,直流伺服电动机的工作原理类似于电枢控制电动机。

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