数控技术及装备交流伺服电机控制原理幻灯片.ppt
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1、数控技术及装备交流伺服电机控制原理第1页,共21页,编辑于2022年,星期六从从式式可可看看出出,除除转转矩矩外外,再再没没有有其其他他控控制制量量可可影影响响转转速速。快快速速准准确确地地控控制制转转矩,使转矩实际值矩,使转矩实际值Td对其给定值对其给定值Td*响应如图所示。响应如图所示。转矩转矩-转速关系是一个小惯量环节转速关系是一个小惯量环节,传递函数为,传递函数为:m转矩环等效时间常数。转矩环等效时间常数。(s)TsTdmd*+=11TdTOt*dTTO图图41转转矩矩响响应应波波型型a)小小惯惯性性b)大大惯惯性性a)b*dTdT 如果如果Td对对Td*的响应如图的响应如图4-14-
2、1b)b)所示,它是一个振荡环节,且阻尼较所示,它是一个振荡环节,且阻尼较小,无论怎样设计速度调节器都很难获得满意结果。从上述讨论小,无论怎样设计速度调节器都很难获得满意结果。从上述讨论可以看出,可以看出,调速的关键是转矩控制调速的关键是转矩控制。第2页,共21页,编辑于2022年,星期六第3页,共21页,编辑于2022年,星期六二、二、统一的电动机转矩公式统一的电动机转矩公式 电动机,无论是直流还是交流,都由定子和转子两部分组成。它们电动机,无论是直流还是交流,都由定子和转子两部分组成。它们分别产生定子磁通势矢量和转子磁能磁通势矢量(图分别产生定子磁通势矢量和转子磁能磁通势矢量(图4-3),
3、将其合成,将其合成,得合成磁通势矢量,由它产生得合成磁通势矢量,由它产生磁链矢量磁链矢量(通过通过Ns个线圈的磁力线总数)个线圈的磁力线总数),好像空间有两块磁铁,一块是固定的,另一块是可转动的。,好像空间有两块磁铁,一块是固定的,另一块是可转动的。当这两块当这两块磁铁的磁通势矢量方向一致时,不产生转矩,转子不动;若方向不一致,磁铁的磁通势矢量方向一致时,不产生转矩,转子不动;若方向不一致,它们将互相吸引,产生转矩,使转子转动。它们将互相吸引,产生转矩,使转子转动。通通 势势 矢矢 量量 图图cFsFrFcsq qrcq qrsq q图图43电电动动机机磁磁第4页,共21页,编辑于2022年,
4、星期六第5页,共21页,编辑于2022年,星期六定定子子磁磁通通势势矢矢量量:由由定定子子绕绕组组通通三三相相交交流流电电产产生生的的旋旋转转磁磁场场的的磁磁通通势势,是是由由三三个个绕绕组组的的磁磁势势的的基基波波磁磁势势合合成成的的。旋旋转转速速度度为为:n1=60f/p,n1为同步速度。为同步速度。由由于于单单相相绕绕组组的的磁磁势势是是矩矩型型分分布布,除除基基波波外外,还还有有其其他他频频率率的的谐谐波波成成分分(由由富富里里埃埃级级数数展展开开),谐谐波波磁磁势势一一般般对对电电机机运运行行带带来来不不利利,采采用用短短距距和和分分布布绕绕组组就就是是达达到到消消除除谐谐波波磁磁势
5、势这这一一目的。目的。转子磁能磁通势矢量转子磁能磁通势矢量:电机负载运行时,电机转子以低于电机负载运行时,电机转子以低于n1的同步速度的同步速度n运行,这样气隙磁势的速度与转子相差一个运行,这样气隙磁势的速度与转子相差一个速度速度n=n1-n=sn1,转子将以转子将以sn1速度切割气隙磁场,在转速度切割气隙磁场,在转子的导条中产生电流,这个电流也产生旋转的磁场。子的导条中产生电流,这个电流也产生旋转的磁场。第6页,共21页,编辑于2022年,星期六第7页,共21页,编辑于2022年,星期六转子的磁场频率为:转子的磁场频率为:f2=np/60,旋转速度为:旋转速度为:n2=n+n=n1,这这表表
6、明明转转子子的的旋旋转转频频率率落落后后于于磁磁场场旋旋转转频频率率,有有一一个个滑滑差差s。以以保保证证转转子子能能够够切切割割定定子子磁磁场场的的磁磁力力线线。但但转转子子磁磁通通势势矢矢量量与定子磁通势矢量旋转速度相同。与定子磁通势矢量旋转速度相同。由电磁场理论知道,作用在绕组上的转矩等于:由电磁场理论知道,作用在绕组上的转矩等于:式中 磁场能量(由于存在气隙,磁场能量几乎全部储存在气隙中);从 到 的夹角。第8页,共21页,编辑于2022年,星期六式中式中B磁感应强度磁感应强度H磁场强度。磁场强度。在气隙里,在气隙里,B比例于比例于H,而而H比例于合成磁通势比例于合成磁通势 ,所以,所
7、以式中式中 合成磁通势矢量合成磁通势矢量 的数值;的数值;比例系数。比例系数。磁场能量的增量磁场能量的增量合成磁通势:合成磁通势:第9页,共21页,编辑于2022年,星期六将其代入式将其代入式 得电动机转矩公式为得电动机转矩公式为式中式中Km比例系数比例系数由于由于 和和电动机转矩公式还可以改写为电动机转矩公式还可以改写为 这是统一的电动机转矩公式,适合于各种电动机这是统一的电动机转矩公式,适合于各种电动机 从这些公式可以看出,电动机的转矩等于三个磁通势矢量从这些公式可以看出,电动机的转矩等于三个磁通势矢量F Fs s 、F Fr r和和F Fc c中任两矢量的模和它们间夹角的正弦值之积,中任
8、两矢量的模和它们间夹角的正弦值之积,即矢量平行四边形的面积即矢量平行四边形的面积。它只与这些矢量的大小与相对位置有关,而与它们的绝对位置、是否转它只与这些矢量的大小与相对位置有关,而与它们的绝对位置、是否转动无关,我们可以从便于实现出发,按任一公式控制电动机转矩。动无关,我们可以从便于实现出发,按任一公式控制电动机转矩。FcFrFrFrrscs第10页,共21页,编辑于2022年,星期六讨论:讨论:1 1、交流电机的运动原理。、交流电机的运动原理。2 2、直流电机与交流电机的磁场有什么异同?、直流电机与交流电机的磁场有什么异同?第三部分第三部分 交流伺服电机控制原理交流伺服电机控制原理第11页
9、,共21页,编辑于2022年,星期六一、交流电动机矢量控制基本概念一、交流电动机矢量控制基本概念交交流流电电动动机机的的磁磁通通势势矢矢量量Fs、Fr和和Fc都都在在空空间间以以同同步步速速度度旋旋转转,彼彼此此相相对对静静止止,欲欲控控制制转转矩矩,必必须控制任两磁通势矢量的大小和相对位置。须控制任两磁通势矢量的大小和相对位置。通通常常的的变变频频调调速速系系统统的的控控制制量量是是交交流流电电动动机机的的定定子子电电压压幅幅值值和和频频率率(电电压压控控制制型型)或或定定子子电电流流幅幅值值和和频频率率(电电流流控控制制型型),它它们们都都是是标标量量,故故称称为为标标量量控控制制系系统统
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- 数控技术 装备 交流 伺服 电机 控制 原理 幻灯片
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