時間:2019-05-17 16:13:06來源:唐佳
低壓直流伺服電機調(diào)速,往往說的是他勵有刷直流電機調(diào)速,根據(jù)直流電機的轉(zhuǎn)速方程,轉(zhuǎn)速n=(電樞電壓U-電壓電流Ia*內(nèi)阻Ra)÷(常數(shù)Ce*氣隙磁通Φ),因為電樞的內(nèi)阻Ra非常小,所以電壓電流Ia*內(nèi)阻Ra≈0,這樣轉(zhuǎn)速n=(電樞電壓U)÷(常數(shù)Ce*氣隙磁通Φ),只要在氣隙磁通Φ恒定下調(diào)整電樞電壓U,就可以調(diào)整直流電機的轉(zhuǎn)速n; 或者在電樞電壓U恒定下調(diào)整氣隙磁通Φ,同樣可以調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速n,前者叫恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,后者稱之為恒功率調(diào)速。
低壓直流伺服電機恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式
恒轉(zhuǎn)矩模式下,要先保持氣隙磁通Φ恒定,直流電機的定子和轉(zhuǎn)子磁場是正交狀態(tài)的,互相沒有影響。要保持Φ恒定,只要保證勵磁線圈的電流穩(wěn)定在一個值就可以了。理論上給一個恒流源來控制勵磁線圈的電流是比較完美的,但是因為電流源不好找,而一般給勵磁線圈施加一個穩(wěn)定的電壓值,也可以近似讓勵磁電流穩(wěn)定,進而讓氣隙磁通Φ恒定。如果是永磁直流伺服電機,用永磁鐵來替代了勵磁線圈,磁通是永久恒定的,所以不用操這個心了。
簡單的調(diào)整電壓,并不能滿足負載波動比較厲害的場合,所以引進了串級調(diào)速系統(tǒng),通過檢測電機的電流和轉(zhuǎn)速,分別弄出電流環(huán)內(nèi)環(huán)和速度環(huán)外環(huán)了,使用PID算法,有效的滿足了負載波動狀況下的調(diào)速,讓直流電機的調(diào)速工作特性非?!坝病?,也就是最大轉(zhuǎn)矩不會受到轉(zhuǎn)速的波動而變化,實現(xiàn)了真正的恒扭矩輸出。這種調(diào)速方式,一直是交流調(diào)速系統(tǒng)的模仿對方,比如變頻器矢量控制,就是模仿這種方式而實現(xiàn)的。如果只用電流環(huán)內(nèi)環(huán),還可以直接控制電機輸出一定的扭矩,滿足不同的拉伸和卷曲等控制要求。
電樞電壓控制,在晶閘管和IGBT這些沒有被發(fā)明前,控制起來也不是容易的事情了,畢竟功率比較大,早期是通過一臺發(fā)電機直流發(fā)電來控制的,通過調(diào)整發(fā)電機的磁通就可以控制發(fā)電機的輸出電壓,進而調(diào)整了電樞電壓大小的。
在晶閘管可控硅被發(fā)明出來以后,通過給可控硅施加交流輸入電壓,利用移相觸發(fā)技術(shù)控制可控硅的導(dǎo)通角,就可以把交流電整流成一定脈動的直流電,因為直流電機是大感性負載,脈動直流電會被大電感緩沖穩(wěn)定下來。這個直流電的電壓是可以調(diào)整的,和可控硅的導(dǎo)通角成一定的比例關(guān)系。這種調(diào)速技術(shù)是非常成熟可靠的,在上個世紀中后期得到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用。
另外場效應(yīng)管和IGBT之類的器件出現(xiàn)以后,低壓直流伺服電機調(diào)速還可以做得更加精密了,可以利用PWM斬波技術(shù),讓輸出的直流電壓非常穩(wěn)定,這樣直流電機的轉(zhuǎn)速波動非常小,如果讓電機的轉(zhuǎn)子變長點,轉(zhuǎn)動慣量變小了,外加了位置環(huán)進去,還可以實現(xiàn)精確的定位控制,這個就是所謂的直流伺服系統(tǒng)了。
低壓直流伺服電機恒功率調(diào)速方式
就是所謂的弱磁調(diào)速,這種調(diào)速方式,本質(zhì)是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式的一種補充,主要是有些場合,需要比較寬的調(diào)速范圍,比如有些龍門床,需要電機加工時候進刀非常慢,扭矩要很高;而退回來時候扭矩很輕看是要跑非??欤@時候進刀時候用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速模式,而退回來時候用弱磁調(diào)速方式,這時候電機的最大功率是不變的。
也有些電動車,低速上坡時候要跑很慢,需要很大扭力,而平路阻力小又想跑非???,這時候也需要用到恒功率調(diào)速,類似于機械變檔或者調(diào)減速比的方式來調(diào)速。一般弱磁調(diào)速,是不適合于永磁電機的,因此磁通Φ無法單獨控制。
要弱磁,就是直接減少氣隙磁通Φ的大小,這時候可以降低勵磁線圈的電流,一般也會在勵磁線圈使用可控硅或者場效應(yīng)管這些來做一個PI調(diào)整回來輸出一個電流源來實現(xiàn)。
弱磁調(diào)速的時候,電機轉(zhuǎn)速越高,電機輸出的最大扭矩會越小,這個是需要注意的,而且一般也不會無限制的減小下去,大概能控制在額定勵磁電流的90%左右。
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