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直流伺服电机的驱动技术

时间:2022-03-09    作者:星辰智能

直流伺服电机的结构由定子磁极、转子电枢和换向机构组成,定子磁极一般为瓦状永磁体,可为两极或多极结构。转子的结构有多种形式,最常见的是有槽铁芯内铺设绕组的结构。铁芯由冲压成的硅钢片一类材料迭压而成。换向机构由换向环和电刷构成,绕组导线连接到换向片上,电流通过电刷及换向片引入到绕组中。

直流伺服电机的工作原理:转矩的方向将使转子逆时针旋转。当转子旋转以后,夹角的变化将使转矩的大小及方向都发生,这将使电机转子来回摆动。要想维持直流伺服电机单方向稳定转动,定子磁势和转子磁势相互垂直,则能得到最大转矩。

电枢有5个线圈,每个线圈产生的磁势矢量相加得到合成磁势。合成磁势的方向依然随转子的旋转而改变。这仅使电机力矩更大一些,力矩的大小及方向改变的问题依然存在。假如我们在转子旋转时能通过电流换向,始终保证电枢几何中性面以上的全部绕组端子为电流流进,下面的绕组端子为电流流出,就能保证转子合成磁势的方向不变,且与定子磁势垂直。这个工作由换向机构完成。

由于换向环和电刷的作用,当电枢旋转时,每一个经过电刷的绕组,其电流的方向都被自动改变,转子的合成磁势维持方向不变。这保证了在转子旋转时定子磁势和转子磁势总是互相垂直。

直流伺服电机的力矩波动:由于换向片的数目是有限的,转子磁势的方向会有微小的变化。这将导致力矩的波动。当直流伺服电机高速旋转时,由于直流伺服电机的转子和负载惯量的平滑作用,这个影响可以忽略。但当直流伺服电机工作在低速状态时,可能会产生问题。可增加绕组、换向片或定子的极对数解决这个问题。

有两种情况使直流伺服电机运动在制动状态:1.直流伺服电机处于减速状态时,直流伺服电机的速度下降是电枢电压减小的结果。但是当电压突然变小时,电机的惯量使其速度不能突变,也即反电势不能突变,使电流反方向流动从而产生制动转矩。2.电机具有垂直性负载且负载向下运动时,这时直流伺服电机必须产生与运动方向相反的制动转矩平衡重物下落产生的重力矩。在制动状态下,电机旋转过程中产生的动能和重物下落时产生的势能转换为电能以电流的形式回馈到供电电源,这种制动方式常称为再生制动。

电流回路的作用:建立了电机电流力矩与电流指令之间的稳定的跟随关系。能抑制电网电压波动对输出电流(力矩)扰动,使其造成的电流(力矩)变化尽可能小。反馈作用减小了电气时间常数的影响,加快电流(力矩)对指令的响应速度。降低了回路内参数变化对输出力矩的影响。

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