直流伺服电动机的特性分析 |
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直流伺服采用电枢电压控制时的电枢等效电路如图1所示。 图1 电枢等效电路 当电动机处于稳态运行时,回路中的电流ia保持不变,则电枢回路中的电压平衡方程式为 ea=ua-iara (6-1) 式中,ea是电枢反电动势;ua是电枢电压;ia是电枢电流;ra是电枢电阻。 转子在磁场中以角速度ω切割磁力线时,电枢反电动势ea与角速度ω之间存在如下关系: ea=ceφω(6-2) 式中,ce是电动势常数,仅与电动机结构有关;φ是定子磁场中每极的气隙磁通量。 由式(6-1)、式(6-2)得 ua-iara=ceφω(6-3) 此外,电枢电流切割磁场磁力线所产生的电磁转矩tm可由下式表达: tm=cmφia 则tm=cmφin 式中,cm是转矩常数,仅与电动机结构有关。 将式(6-4)代入式(6-3)并整理,可得到直流伺服电动机运行特性的一般表达式 由此可以得出空载(tm=0,转子惯量忽略不计)和电机启动(ω=0)时的电机特性: (1)当tm=0时,有 (2)当ω=0时,有 式中,td称为启动瞬时转矩,其值也与电枢电压成正比。 如果把角速度ω看作是电磁转矩tm的函数,即ω=f(tm),则可得到直流伺服电动机的机械特性表达式为 如果把角速度ω看作是电枢电压ua的函数,即ω=f(ua),则可得到直流伺服电动机的调节特性表达式 根据式(6-8)和式(6-9),给定不同的ua值和tm值,可分别绘出直流伺服电动机的机械特性曲线和调节特性曲线如图2、图3所示。 图2 直流伺服电动机的机械特性 图3 直流伺服电动机的调节特性 由图2可见,直流伺服电动机的机械特性是一组斜率相同的直线簇。每条机械特性和一种电枢电压相对应,与ω轴的交点是该电枢电压下的理想空载角速度,与tm轴的交点则是该电枢电压下的启动转矩。 由图3可见,直流伺服电动机的调节特性也是一组斜率相同的直线簇。每条调节特性和一种电磁转矩相对应,与ua轴的交点是启动时的电枢电压。 从图中还可看出,调节特性的斜率为正,说明在一定的负载下,电动机转速随电枢电压的增加而增加;而机械特性的斜率为负,说明在电枢电压不变时,电动机转速随负载转矩增加而降低。 |
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