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什么是直流电机,机器人应用直流电机的原理是什么?

发表时间:2021-06-09 18:03【

直流电机

  什么是直流电机?通常,在考虑直流电机时,您实际上是在谈论直流永磁有刷电机。施加直流电源,调整电压和电流电平来控制它,通常使用简单的放大器,您就有了直流系统解决方案。添加某种类型的反馈,您将有很好的控制。机器人的种类很多,但移动机器人通常需要电池供电,因此需要直流解决方案。


  现在,让我们仔细看看——即使您使用直流电源(例如电池),您也可以使用其他类型的电机和合适的驱动电子设备来控制它们。这开启了机器人交流同步电机的世界——无刷伺服电机提供极致的精度和控制。是的,我说的是AC。驱动电子设备由直流电源供电,但通过直流电源的PWM(脉宽调制)和非常快速的开关晶体管,您可以创建交流电机所需的电压和电流波形-具有高分辨率反馈,您可以精确控制您希望机器人做出的任何动作。


  这方面的例子是典型的协作机器人,它们有多个关节,负载小于15公斤。这些机器人最有可能使用无框无刷伺服电机解决方案,使用48 Vdc电源甚至120 Vac电源运行,该电源转换为较低电压的直流总线以传输到驱动器。这些解决方案是否比典型的直流电机更好?


  如果我们回到永磁直流电机,它们需要电刷将电压和电流输送到旋转电枢的绕组来使电机换向——这在一定程度上减轻了控制器的负担,但也存在一些问题——直流电机内部有铜绕组,铜会发热,您可以限制推动电机的量,因为您不能那么容易地散热。另一方面,无框伺服电机解决方案的加热元件朝外——允许协作机器人设计人员考虑更有效的散热方法。驱动电子设备确实变得更加复杂——但有了当今先进的功率器件和控制芯片,驱动器为电机换向的额外任务不再是问题。


  对于更大的关节机器人,设计中增加了更传统的框架式无刷伺服电机。这可以通过与集成齿轮解决方案直接耦合来实现。此时,它可能由240 AC甚至480 Vac供电。但即使使用大功率交流同步伺服电机,也会将三相电源转换为直流母线,然后由某种类型的开关放大器控制,利用反馈闭合伺服回路进行精确控制。


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