直流伺服電動機電氣工程及其自動化0701鹿鳴明1.直流伺服電動機的工作原理2.直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)特點3.直流伺服電動機的工作特性4.直流伺服電動機的應(yīng)用1.工作原理1.1工作原理直流伺服電機本身就是直流電動機。直流電機的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上的，電磁力的大小與電機中的氣隙磁場成正比。1.2直流伺服電機的分類直流電機按其勵磁方式分為永磁式、勵磁式(他勵、并勵、串勵、復(fù)勵)、混合式(勵磁和永磁合成)三種；按電樞結(jié)構(gòu)分為有槽、無槽、印刷繞組、空心杯形等；按輸出量分為位置、速度、轉(zhuǎn)矩(或力)三種控制系統(tǒng)；按運動模式分為增量式和連續(xù)式；按性能特點及用途不同又有不同品種。1.工作原理直流伺服電機的調(diào)速

由直流電機的基本原理分析得到：

n=(u－IaRa)/Ceφ

式中：n──電樞的轉(zhuǎn)速，r/min；

u──電樞電壓；Ia──電樞電流；

Ra──電樞電阻；

由此可知，調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速有三種方法：(1)改變電樞電壓u。調(diào)速范圍較大，直流伺服電機常用此方法調(diào)速；(2)變磁通量φ。改變激磁回路的電阻Rf以改變激磁電流If，可以達(dá)到改變磁通量的目的；調(diào)磁調(diào)速因其調(diào)速范圍較小常常作為調(diào)速的輔助方法，而主要的調(diào)速方法是調(diào)壓調(diào)速。若采用調(diào)壓與調(diào)磁兩種方法互相配合，可以獲得很寬的調(diào)速范圍，又可充分利用電機的容量。(3)在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rt(圖中無表示)，此時有n=[u－Ia(Ra+Rt)]/Ceφ

此法轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，而且電阻上的銅耗較大，辦法并不經(jīng)濟，很少使用。2.直流伺服電機的結(jié)構(gòu)直流伺服電動機在原理上與普通的直流電動機并無區(qū)別，但是由于伺服電機工作特點的要求，在具體實現(xiàn)上結(jié)構(gòu)有些區(qū)別。2.1

普通的電磁式直流伺服電動機有磁極，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜但控制方便，靈活，既可電樞控制，也可采用磁場控制。2.直流伺服電機的結(jié)構(gòu)2.2永磁式直流伺服電動機只能進行電樞控制，但是結(jié)構(gòu)較簡單，體積小、出力大、效率高。2.直流伺服電機的結(jié)構(gòu)2.3

線繞盤式直流伺服電動機電樞無鐵心，沒有磁飽和效應(yīng)和齒槽效應(yīng)，換向性能好，時間常數(shù)小，快速響應(yīng)性能好。2.直流伺服電機的結(jié)構(gòu)2.4印制繞組直流伺服電動機電樞無鐵心，沒有磁飽和效應(yīng)和齒槽效應(yīng)，換向性能好，時間常數(shù)小，快速響應(yīng)性能好2.直流伺服電機的結(jié)構(gòu)2.5杯型電樞直流伺服電動機

轉(zhuǎn)動慣量非常小，具有較高的加速能力，時間常數(shù)可小于1ms。

2.直流伺服電機的結(jié)構(gòu)2.6寬調(diào)速直流伺服電動機

具有調(diào)速范圍寬，在閉環(huán)控制中調(diào)速比可做到1：2000以上；過載能力強，最大轉(zhuǎn)矩可為額定轉(zhuǎn)矩的5到10倍；低速轉(zhuǎn)矩大，可以與負(fù)載同軸連接，聲調(diào)減速齒輪，提高傳動效率等特點。這類電機目前已廣泛使用在數(shù)控機床的進給伺服驅(qū)動、雷達(dá)天線驅(qū)動及其它私服跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)中。3.直流伺服電動機的工作特性3.1機械特性

改變電樞電壓進行控制時，對應(yīng)于不同的電樞電壓可以得到一組相互平行的機械特性曲線。而斜率k與電樞電壓無關(guān)，和電樞電阻Ra成正比。較小的Ra有較硬的機械特性。3.直流伺服電動機的工作特性3.2調(diào)節(jié)特性

直流伺服電動機調(diào)節(jié)特性表示在一定的勵磁條件下，輸出轉(zhuǎn)矩恒定時Tl=常值，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n與電樞控制電壓Ua之間的關(guān)系n=f（Ua）。U0、U1、U2、U3分別對應(yīng)電機不同負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL0

、TL1、TL2、TL3時的始動電壓，負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，電動機制動和始動電壓越大。

3.直流伺服電動機的工作特性3.2調(diào)節(jié)特性啟動電壓與直線斜率的說明：

以ML1為例，當(dāng)U<U1時，因此n始終為0，當(dāng)U達(dá)到電磁轉(zhuǎn)矩和總阻矩相等時，電機就達(dá)到臨界狀態(tài)。此時，

3.直流伺服電動機的工作特性3.2調(diào)節(jié)特性啟動電壓與直線斜率的說明：

以ML1為例，當(dāng)U>U1時，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，所以Ia不變。電樞電阻壓降IaRa為常值。這樣電壓平衡方程變?yōu)椋篣-U1=Ea=Ceφn,此時，若以U1為坐標(biāo)原點，n與Ea的關(guān)系就是一條斜率Ceφ的直線。3.直流伺服電動機的工作特性3.3工作特性電磁式直流伺服電動機工作特性永磁式直流伺服電動機工作特性4.直流伺服電動機的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域非常多。只要是要有動力源的，而且對精度有要求的一般都可能涉及到伺服電機。如數(shù)控機床、機床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機器人、自動化生產(chǎn)線等對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求相對較高