直流伺服电动机的工作原理与应用

直流伺服电动机有两种,一种是电励磁式直流伺服电动机,另一种是永磁式直流伺服电动机,其基本结构和工作原理与普通直流电动机相同。电励磁式直流伺服电动机按励磁方式的不同又可以分为他励、并励、串励、复励四种。为提高控制精度和响应速度,伺服电动机的电枢铁心长度与直径之比比普通电动机大,气隙也小。

直流伺服电动机主要有两种控制方式,一种是电枢控制,即通过改变电枢电压来实现对转子转速的控制;另一种是磁场控制,即通过改变励磁电压来实现对转子转速的控制(对电磁式直流伺服电动机而言)。

电枢控制的优点是电动机的机械特性和调节特性的线性度好,调速范围广,系统响应迅速,所以下面以电枢控制电磁式直流伺服电动机为例,介绍相应的机械特性和调节特性。

电枢控制时,励磁绕组通常接到电压为额定电压的电源上进行励磁。电枢绕组就是控制绕组,如图5-11所示。电枢控制的直流电动机的机械特性和他励直流电动机的机械特性一样,其方程为

电枢电压U_a=U_c=αU_e,称为信号系数,因此上式可表示为

机械特性指控制电压恒定时,电动机的转速与电磁转矩之间的关系,即当U_c为常数时,转速n与电磁转矩T_e之间的关系n=f(T_e),当控制信号U_c不同时,机械特性是一组平行的直线,其机械特性如图5-12a所示。(www.xing528.com)

图5-11 电枢控制直流伺服电动机原理

图5-12 直流伺服电动机的特性

调节特性指电磁转矩恒定时,电机转速与电枢电压的关系,即T_e=常数时,由可得出调节特性,它们也是一组平行的直线,如图5-12b所示。

由上述分析可以看出,直流电动机的机械特性和调节特性都是线性的,并且其线性关系与电枢电阻无关,这是直流伺服电动机突出的优点,交流伺服电动机无法与之相比。而磁场控制时,调节特性是非线性的,这是磁场控制时最严重的缺陷,所以直流伺服电动机多采用电枢控制方式。缺点是电刷和换向器易磨损,需经常维护。换向器换向时会产生火花,使直流伺服电动机的最高速度受到限制,同时也使应用环境受到限制。