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华科星教你低压直流伺服电机的调速方法
vacsin2018 发表于 2019/5/17 16:37:35 1656 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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低压直流伺服电机调速，往往说的是他励有刷直流电机调速，根据直流电机的转速方程，转速n=(电枢电压U-电压电流Ia*内阻Ra)÷（常数Ce*气隙磁通Φ），因为电枢的内阻Ra非常小，所以电压电流Ia*内阻Ra≈0，这样转速n=(电枢电压U)÷（常数Ce*气隙磁通Φ），只要在气隙磁通Φ恒定下调整电枢电压U，就可以调整直流电机的转速n； 或者在电枢电压U恒定下调整气隙磁通Φ，同样可以调整电机的转速n，前者叫恒转矩调速，后者称之为恒功率调速。
低压直流伺服电机恒转矩调速方式
恒转矩模式下，要先保持气隙磁通Φ恒定，直流电机的定子和转子磁场是正交状态的，互相没有影响。要保持Φ恒定，只要保证励磁线圈的电流稳定在一个值就可以了。理论上给一个恒流源来控制励磁线圈的电流是比较完美的，但是因为电流源不好找，而一般给励磁线圈施加一个稳定的电压值，也可以近似让励磁电流稳定，进而让气隙磁通Φ恒定。如果是永磁直流伺服电机，用永磁铁来替代了励磁线圈，磁通是永久恒定的，所以不用操这个心了。
简单的调整电压，并不能满足负载波动比较厉害的场合，所以引进了串级调速系统，通过检测电机的电流和转速，分别弄出电流环内环和速度环外环了，使用PID算法，有效的满足了负载波动状况下的调速，让直流电机的调速工作特性非常“硬”，也就是最大转矩不会受到转速的波动而变化，实现了真正的恒扭矩输出。这种调速方式，一直是交流调速系统的模仿对方，比如变频器矢量控制，就是模仿这种方式而实现的。如果只用电流环内环，还可以直接控制电机输出一定的扭矩，满足不同的拉伸和卷曲等控制要求。
电枢电压控制，在晶闸管和IGBT这些没有被发明前，控制起来也不是容易的事情了，毕竟功率比较大，早期是通过一台发电机直流发电来控制的，通过调整发电机的磁通就可以控制发电机的输出电压，进而调整了电枢电压大小的。
在晶闸管可控硅被发明出来以后，通过给可控硅施加交流输入电压，利用移相触发技术控制可控硅的导通角，就可以把交流电整流成一定脉动的直流电，因为直流电机是大感性负载，脉动直流电会被大电感缓冲稳定下来。这个直流电的电压是可以调整的，和可控硅的导通角成一定的比例关系。这种调速技术是非常成熟可靠的，在上个世纪中后期得到了广泛的工业应用。
另外场效应管和IGBT之类的器件出现以后，低压直流伺服电机调速还可以做得更加精密了，可以利用PWM斩波技术，让输出的直流电压非常稳定，这样直流电机的转速波动非常小，如果让电机的转子变长点，转动惯量变小了，外加了位置环进去，还可以实现精确的定位控制，这个就是所谓的直流伺服系统了。
低压直流伺服电机恒功率调速方式
就是所谓的弱磁调速，这种调速方式，本质是恒转矩调速方式的一种补充，主要是有些场合，需要比较宽的调速范围，比如有些龙门床，需要电机加工时候进刀非常慢，扭矩要很高；而退回来时候扭矩很轻看是要跑非常快，这时候进刀时候用恒转矩调速模式，而退回来时候用弱磁调速方式，这时候电机的最大功率是不变的。
也有些电动车，低速上坡时候要跑很慢，需要很大扭力，而平路阻力小又想跑非常快，这时候也需要用到恒功率调速，类似于机械变档或者调减速比的方式来调速。一般弱磁调速，是不适合于永磁电机的，因此磁通Φ无法单独控制。
要弱磁，就是直接减少气隙磁通Φ的大小，这时候可以降低励磁线圈的电流，一般也会在励磁线圈使用可控硅或者场效应管这些来做一个PI调整回来输出一个电流源来实现。
弱磁调速的时候，电机转速越高，电机输出的最大扭矩会越小，这个是需要注意的，而且一般也不会无限制的减小下去，大概能控制在额定励磁电流的90%左右。
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