?低壓直流伺服電機(jī)如何調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速?
低壓直流伺服電機(jī)的調(diào)速通常稱為有刷直流電機(jī)的調(diào)速。 根據(jù)直流電機(jī)的速度方程,速度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?yàn)殡姌械膬?nèi)阻Ra很小,所以 電壓電流Ia*內(nèi)阻Ra≈0,故轉(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穩(wěn)定時(shí)調(diào)節(jié)電樞電壓U即可調(diào)節(jié) 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速n; 或在電樞電壓U穩(wěn)定時(shí)調(diào)節(jié)氣隙磁通Φ也可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速n,前者稱為恒轉(zhuǎn)力矩調(diào)速,后者稱為恒功率調(diào)速。
在恒轉(zhuǎn)矩模式下,首先必須保持氣隙磁通Φ穩(wěn)定,直流電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)處于正交狀態(tài),互不影響。 要保持Φ穩(wěn)定,只要保證勵(lì)磁線圈的電流穩(wěn)定在一定值即可。 理論上來(lái)說(shuō),用恒流源來(lái)控制勵(lì)磁線圈的電流是完美的,但由于電流源不容易找到,一般對(duì)勵(lì)磁線圈施加穩(wěn)定的電壓值也能近似穩(wěn)定勵(lì)磁電流,所以說(shuō)明氣隙磁通Φ穩(wěn)定。 如果是永磁直流伺服電機(jī),勵(lì)磁線圈換成永磁體,磁通穩(wěn)定,所以不用擔(dān)心。
單純調(diào)節(jié)電壓無(wú)法滿足負(fù)載波動(dòng)劇烈的情況,因此引入了串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。 通過(guò)檢測(cè)電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速,分別創(chuàng)建電流環(huán)內(nèi)環(huán)和速度環(huán)外環(huán)。 利用PID算法,有效滿足負(fù)載波動(dòng)下的調(diào)速,使得直流電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行特性變得非?!坝病保锤笈ぞ夭粫?huì)因轉(zhuǎn)速的波動(dòng)而改變,實(shí)現(xiàn)了真正的恒扭矩輸出。 這種調(diào)速方式一直是通信調(diào)速系統(tǒng)的模仿對(duì)應(yīng),比如變頻器的矢量控制,就是模仿這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 如果僅采用電流環(huán)內(nèi)環(huán),可以直接控制電機(jī)輸出一定的扭矩,以滿足拉伸、彎曲等不同的控制要求。
電樞電壓控制,在晶閘管和IGBT發(fā)明之前,控制并不是一件簡(jiǎn)單的任務(wù)。 畢竟威力比較大。 早期是由發(fā)電機(jī)控制,直流發(fā)電。 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的磁通量后,就可以控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓,從而調(diào)節(jié)電樞電壓。
晶閘管發(fā)明后,通過(guò)向晶閘管施加交流輸入電壓,利用移相觸發(fā)技術(shù)控制晶閘管的導(dǎo)通角,可以將交流電整流成一定的脈動(dòng)直流電,因?yàn)橹绷麟姍C(jī)對(duì)于大感性負(fù)載時(shí),脈動(dòng)直流電流將被大電感緩沖和穩(wěn)定。 該直流電的電壓是可以調(diào)節(jié)的,它與晶閘管的導(dǎo)通角有一定的比例關(guān)系。 這種調(diào)速技術(shù)非常成熟可靠,上世紀(jì)中后期已在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
另外,場(chǎng)效應(yīng)管、IGBT等器件出現(xiàn)后,低壓直流伺服電機(jī)的調(diào)速可以變得更加。 利用PWM斬波技術(shù)可以使輸出的直流電壓非常穩(wěn)定,這樣直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速就不會(huì)出現(xiàn)很大的波動(dòng)。如果電機(jī)的轉(zhuǎn)子做得更長(zhǎng),轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就變小,增加位置環(huán)即可實(shí)現(xiàn)的定位控制。 這就是所謂的直流伺服系統(tǒng)。