直流伺服電動機

1、第二章直流伺服電動機直流伺服電動機是自動控制系統(tǒng)中具有特殊用途的直流電動機，又稱執(zhí)行電機，它能夠把輸入的電壓信號變換成軸上的角位移和角速度等機械信號。直流伺服電動機的工作原理、基本結構及內部電磁關系與一般用途的直流電動機相同。第一節(jié)直流電動機、直流電動機的基本工作原理直流電動機的基本結構與直流發(fā)電機相同。電動機輸入電壓信號，輸出轉速信號。、電磁轉矩和轉矩平衡方程1、電磁轉矩TempNIa Ct對于一個已經制造好的電機,它的電磁轉矩Tem正比于每極磁通和電樞電流2、穩(wěn)態(tài)轉矩平衡方程Tem = T2ToTl稱為電動機穩(wěn)態(tài)轉矩平衡方程。3、動態(tài)轉矩平衡方程當電機的轉速發(fā)生改變時，由于電機及負載具有轉

2、動慣量，將產生慣性轉矩J負載和電動機轉動部分的轉動慣量;此時，電動機軸上的動態(tài)轉矩平衡方程為Tem TLTjJd- dt電動勢平衡方程直流電動機電動勢平衡方程EaIaRa電樞電流的表達式EaRaU Ce nRa電動機的機械特性n-URaCeCeCT2 Temn。Tem四、直流電動機的起動和調速1.起動：起動電流大：IstIaURa由于Ra不大，所以起動電流可能達到額定電流的十幾倍。為了限制起動電流，一般采用在電樞回路中串聯(lián)起動電阻Rst的方法。一般把起動電流限制在額定電流的1.52倍以內，保證有足夠的起動轉矩。對于自動控制系統(tǒng)中使用的直流電動機，功率只有幾百瓦，由于電樞電阻比較大，其起動電流不

3、超過額定電流的56倍，加上其轉動慣量較小,所以可以直接起動，而且起動電流大，起動轉矩也大，這正是控制系統(tǒng)所希望的。轉速上升快，起動時間短,為了獲得較大的起動轉矩，勵磁磁通應為最大，因此電機起動時，勵磁回路的調節(jié)電阻必須短接，并在勵磁繞組兩端加上額定勵磁電壓。2.調速:UIaRanCe調速的方法有三種：(1)改變電源電壓U調速；(2)在電樞回路串聯(lián)電阻RS調速；(3)調節(jié)勵磁回路電阻Rcf(改變磁通)調速。下面分析轉矩、電流和轉速等物理量的穩(wěn)態(tài)值在調速前后的變化。1)電樞回路串聯(lián)電阻Rs調速電樞回路串聯(lián)的電阻越大，轉速越低。電樞回路串聯(lián)電阻調速：損耗較大，效率較低。當輕載時，電樞電流較小，串聯(lián)電

4、阻后，轉速變化不大。但是，這種調速方法設備比較簡單。2)降低電源電壓調速電源電壓越低，轉速越低。這種調速方法，可以實現(xiàn)平滑無級調速，但需要附加調壓設備。3)改變勵磁回路電阻Ref調速勵磁回路串聯(lián)的電阻RCf越大，轉速越高。(1)容易控制：勵磁電流只有電樞額定電流的百分之幾，所以調節(jié)電阻的容量小，銅耗也小，而且容易控制；(2)調速的快速性較差：勵磁回路電感比電樞回路大，電氣時間常數(shù)較大。(3)轉速只能升高：勵磁回路串聯(lián)電阻只能使勵磁電流減小。(4)改變磁通(弱磁)調速時，必須降低負載轉矩：由于TemCTIa,若電機拖動恒轉矩負載,重新穩(wěn)定后，因磁通減弱，所以電流Ia增大，將超過原來的額定值，這是

5、不允許的，因此，在要求調速范圍大的場合，幾種調速方法總是同時兼用。當電源電壓可調時，利用降壓降低轉速，利用增加勵磁回路電阻增大轉速。當電源電壓恒定時，則利用增加電樞回路電阻降低轉速，利用增加勵磁回路電阻增大轉速。需要注意的是，對電動機的勵磁繞組，若起動前就斷開，則電動機由于起動轉矩小而不能起動。如果在運行過程中斷開，則相當于勵磁回路串聯(lián)的電阻RCf,電機轉速大大超過額定轉速，電機發(fā)出尖銳的噪聲，出現(xiàn)“飛車”事故。第二節(jié)直流伺服電動機的控制方法和運行特性伺服電動機分直流伺服電動機和交流伺服電動機兩大類。伺服電機的最大特點是可控性。伺服系統(tǒng)一般有三種基本控制方式：位置控制、速度控制和力矩控制。直流

6、伺服電動機通常應用于功率較大的自控系統(tǒng)中，輸出功率一般為1600W,也有的達數(shù)kW,其電壓分為：6、9、12、24、27、48、110、220V。一、直流伺服電動機的分類直流伺服電動機的控制電源為直流電壓，分普通直流伺服電動機、盤形電樞直流伺服電機、空心杯直流伺服電機和無槽直流伺服電機等。普通直流伺服電動機有永磁式和電磁式兩種基本結構類型。電磁式又分為他勵、并勵、串勵和復勵四種，永磁式可看作是他勵式。二、直流伺服電動機的控制方法直流伺服電動機工作原理與一般的直流電動機相同。控制方式有改變電樞電壓的電樞控制和改變磁通的磁場控制兩種。電樞控制具有機械特性和控制特性線性度好，而且特性曲線為一組平行線

7、，空載損耗較小，控制回路電感小，響應迅速等優(yōu)點，所以自動控制系統(tǒng)中多采用電樞控制。磁場控制只用于小功率電機。下面只敘述電樞控制。把電樞電壓U作為控制信號，實現(xiàn)電動機的轉速控制，這就是電樞控制方法。電樞控制的物理過程：當T2To和不變時，增大U,由于電機有慣性，轉速不變化，Ea暫時不變化，Ia增大，使Tem增加,由于阻轉矩T2To不變，則Tem>T2To,n升高，Ea隨著增大，Ia和Tem減小，直到Tem=T2丁0時為止，此時電機轉速變?yōu)閚2。電壓U降低時，轉速n下降的過程相同。當電壓U極性改變時，電樞電流1a及電磁轉矩Tem的方向改變，電動機的轉向改變。三、直流伺服電動機的運行特性1、機

8、械特性nf (Tem),稱為電動機的機械特性:UCeRaTCeJ 2noemn0時的電磁轉矩TemTd稱為堵轉轉矩TdU，-，、 Ct，n。、Td大小與電源電壓成正比。Ra機械特性的線性度越好，系統(tǒng)的動態(tài)誤差就越小。 于控制，這正是自動控制所需的。硬特性轉矩的變化對轉速的影響比軟特性為好，易在不同電壓下，機械特性為一組平行線。 no和Td都與U成正比,特性曲線的斜率與U無關。電樞回路電阻Ra越小，機械特性越硬，Ra越大，機械特性越軟。2、調節(jié)特性(控制特性)電機的轉速與電樞電壓的關系nf(U)稱為電動機的調節(jié)特性或控制特性。1)負載為常數(shù)時的調節(jié)特性在勵磁不變、負載轉矩恒定時，由機械特性表達式

9、可知n-UCeCeCT2 TemTemT2To圖2-9不同控制電壓時直流伺服當負載轉矩T2一定(且認為To恒定)時，電動機的調節(jié)特性f (U )的關系曲線是一直線，斜率為k 。當n o時， UCeUoTemRaCT在電樞電壓U不變的情況下，直流伺服電動機的轉速隨轉矩的變化關系TceRcUUo,TemTl,n0。UUoqA,Tem，電動機處于從靜止到轉動的臨界狀態(tài),CtUTRUU。，n0。電壓Uo稱為電動機的死區(qū)，或稱為始動電壓，TemCt一0，所以UoRaCt始動電壓與電動機的阻轉矩、負載轉矩有關。始動電壓不同，但調節(jié)特性的斜率不變，對應不同負載轉矩，可得到一組nTL1T與始動電壓相對應的電樞

10、電流I a0CtTliTl3相互平行的調節(jié)特性曲線。7/LI a0總是不U01 U02 U 03圖2-11直流伺服電動機的調節(jié)特性曲線組圖2-12空氣阻轉矩與轉速的圖2-13可變負載時的調節(jié)特電樞電壓小于始動電壓時，電機不能起動；當電源電壓超過始動電壓時,電機開始旋轉。當負載轉矩為恒值時，無論電動機的轉速有多大,變，此時電動勢方程UEaIa0RaEaU0Ce0nUaa0aa0e當UU0時，轉速隨電壓線性變化。控制特性的線性度越好，系統(tǒng)的動態(tài)誤差越小。2)可變負載時的調節(jié)特性在自控系統(tǒng)中，電動機的負載多數(shù)情況下是不隨轉速改變的，但是也有可變負載。例如，當負載轉矩是由空氣摩擦造成的阻轉矩時，則轉矩

11、隨轉速增加而增大，并且轉速越高，轉矩增加得越快，轉矩隨轉速變化的大致情況如圖2-12所示。在變負載的情況下，調節(jié)特性不再是一條直線。這是因為在不同轉速時，由于阻轉矩Tl不同，相應的Ia也不同。當U改變時，IaRa不再保持為常數(shù)，因此Ea的變化不再與U的變化成正比。隨著轉速增加，負載轉矩增量越來越大，IaRa增量也越來越n/TlIn/大，Ea增量卻越來越小，Ean,所以隨著控制/信號的增加，轉速增量越來越小，這樣U和n的關/系如圖2-13所示，不再是一條直線。當然曲線/nf(U)的具體形狀還與負載特性nf(Tl)的形狀有關，但是總的趨勢是一致的。實際工作中，常常用實驗的方法直接測出電動機的調節(jié)特

12、性，此時電動機與負載配合，并由放大器提供信號電壓。在實驗中測出電動機的轉速n隨放大器輸入電壓U變化的曲線，就是帶有放大器的直流伺服電動機的調節(jié)特性曲線。3)直流伺服電動機低轉速運轉時的不穩(wěn)定性從直流伺服電動機的理想調節(jié)特性來看，只要控制電壓足夠大(大于始動電壓)時，電機就可以在很低的轉速下運行，但實際上，當電動機工作在幾轉每分鐘到幾十轉每分鐘的范圍內時，其轉速就不均勻，出現(xiàn)時快、時慢、甚至暫停一下的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為直流伺服電動機低速運轉的不穩(wěn)定性，產生的原因:(1)低速時，反電動勢平均值不大，因而齒槽效應等原因造成的電動勢脈動的影響將增大，導致電磁轉矩波動比較明顯。(2)低速時，控制電壓值很

13、小，電刷和換向器之間的接觸電壓的不穩(wěn)定性的影響增大，導致電磁轉矩不穩(wěn)定性增大。（3）低速時，電刷和換向器之間的摩擦轉矩的不穩(wěn)定性，造成電機本身阻轉矩的不穩(wěn)定，導致輸出轉矩不穩(wěn)定。直流伺服電動機低速運轉的不穩(wěn)定性將在控制系統(tǒng)中造成誤差，必須在控制線路中采取措施使其轉速均勻；或選用低速穩(wěn)定性好的直流力矩電動機或低慣量直流電動機。3、直流伺服電動機在過渡過程中的工作狀態(tài)設一臺電動機以ni旋轉，Ui、Eai、lai及ni的方向如圖所示，數(shù)值為正，反之為負。這時，UiEaiIaiRa,UiEai。1）、發(fā)電機工作狀態(tài)如果要求電動機的轉速下降到n2,則控制系統(tǒng)加到電動機的控制電壓要立即下降到U2o由于電機

14、本身和負載具有轉動慣量，轉速不能馬上下降，反電動勢仍為Eai,由于電壓已發(fā)生變化，電樞電流也隨之變化。如果忽略電樞繞組的電感，則電壓方程為圖2-i4直流電機各量的正方向圖2-i5直流電機的發(fā)電機狀態(tài)U2 Eai Ia2Ra如果此時U2Eai,則Ia2為負值，電磁轉矩方向改變，與轉速方向相反，為制動性質，電機處于發(fā)電機狀態(tài)。由于電磁轉矩作用，電機轉速迅速下降，電動勢Eai下降，當小于U2時,到轉速下降到1時，電機重新穩(wěn)定。2）、反接制動工作狀態(tài)如果需要電動機反轉，則控制系統(tǒng)給電機施加一個反向的信號電壓U3。由于電機本身和負載具有轉動慣量，轉速不能馬上反向，電動勢仍為Eai,a電壓U3與Eai同方

15、向，電樞電流Ia3和電磁轉矩Tem也隨著電壓U3反向，這時電動機進入電樞電壓反接制動狀態(tài)：特點是（D電樞電流大；（2）電磁轉矩為制動性質，而且很大；（3）電機既吸收電能，又吸收機械能，并全部變成電機的損耗，其中主要是電樞銅損耗。3）能耗制動狀態(tài)如果需要電機停轉，控制系統(tǒng)施給電機的信號電壓就馬上降為零，并將電機又回到電動機狀態(tài)，直圖2-i6直流電機的反接制動狀態(tài)圖2-i7直流電機的能耗制動狀態(tài)電樞兩端短接，這時電機也是處于發(fā)電機狀態(tài)，只是U0,電壓方程為0EaIaRa,。此時的電磁轉矩為制動性質，電機轉速逐漸下降，直到n0。這種運行方式是利用電動機原來積蓄的動能來發(fā)電，產生電磁轉矩進行制動，所以

16、稱為能耗制動。四、直流伺服電動機的兩個參數(shù)i、空載始動電壓UoU?？蛰d始動電壓Uo一般為額定電壓的在空載和勵磁一定的情況下，使轉子在任意位置開始連續(xù)轉動所需的最小控制電壓稱為空載始動電壓2%12%,小機座號、低電壓的電機空載始動電壓較大，空載始動電壓Uo小的伺服電動機的靈敏度高。0開始到空載轉速的2、時間常數(shù)j電機在空載和額定的勵磁電壓下，加上階躍的額定控制電壓時，電動機轉速從63.2%所需的時間（推導過程見其它參考書）J L和電動機本身的轉動慣量J o ；J轉動慣量，負載通過傳動比折合到電動機軸上的轉動慣量2n0空載旋轉角速度，0-oj一般小于0.03秒，電機的時間常數(shù)小，可提高系統(tǒng)的快速性

17、。60機電時間常數(shù)表示了電機過渡過程時間的長短，反映了電機轉速追隨信號變化的快慢程度，是伺服電動機一項重要的動態(tài)性能指標。第三節(jié)直流力矩電動機在某些自動控制系統(tǒng)中，被控對象的運動速度相對來說是比較低的。希望有低轉速、大轉矩的電動機。直流力矩電動機就是為這種低轉速、大轉矩負載的需要而設計制造的電動機，它能在長期堵轉或低速運行時產生足夠大的電磁轉矩，而且不需要經過齒輪減速而直接作用于負載。它具有反應快、轉矩和轉速波動小、能在低轉速下穩(wěn)定運行、機械特性和調節(jié)特性好的優(yōu)點。目前直流力矩電動轉矩可達幾千牛米，空載轉速可低到10r/min左右。一、直流力矩電動機的結構特點直流力矩電動機的工作原理與普通直流

18、伺服電動機相同，結構和外形尺寸的比例不同。一般直流伺服電動機為了減小轉動慣量，大部分做成細長圓柱形，而直流力矩電動機為了能在相同的體積和電樞電壓下產生比較大的轉矩和低的轉速，一般做成圓盤形，電樞長度和直徑之比一般為0.2左右；從結構合理性考慮，采用永磁多極。為了減少轉矩和轉速的波動，選取較多的槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導體數(shù)。總體結構有分裝式和內裝式兩種。分裝式結構包括定子、轉子和刷架三大部件，機殼和轉軸由用戶根據安裝方式自行選配。內裝式與一般電機相同，機殼和軸由制造廠裝配好。定子1是一個用軟磁材料做成的帶槽的環(huán)，在槽中嵌放永久磁鋼作為主磁場源，主磁場源在氣隙中形成了分布較好的磁場。轉子鐵心2由導磁

19、沖片疊壓而成，槽中放有電樞繞組3；槽楔4由銅板做成，兼作換向片，槽楔兩端伸出槽外，一端作為電樞繞組接線用，另一端作為換向片，將轉子上的所有部件用高溫環(huán)氧樹脂灌封成整體；電刷5裝在電刷架6上。二、直流力矩電動機的轉矩大、轉速低的原理力矩式電動機之所以做成圓盤形狀，是為了在相同的體積和控制電壓下產生較大的轉矩和較低的轉速。下面以兩極電機為例進行分析。1.電樞形狀對轉矩的影響由電磁轉矩的表達式得到對應圖2-19(a)所示的電樞形狀時的電磁轉矩的表達式T emaDaNaBavlaia2Na圖2-19(a)所示電樞的繞組的總導體數(shù)；Bav圖2-19(a)所示一個磁極下平均磁密；la圖2-19(a)所示導

20、體在磁場中的長度，即電樞鐵心軸向長度；Da圖2-19(a)所示電樞的直徑。把直徑擴大一倍，而保持體積不變,電樞體積的大小，在一定程度上反映整個電機的體積。在電樞體積不變和電樞電流不變的情況下比較不同直徑時的轉矩。如圖2-19(b)所示，則Db2Da,lbla/4。鐵心截面積增大到4倍，槽面積及電樞總導體數(shù)近似增加到4倍，即Nb4Na,此時的電磁轉矩Db2DaTembNbBavUa4NaBav(la/4八一a2Tema即在體積、氣隙平均磁密和導體中電流相同的22情況下，如果把電樞直徑增大1倍，電磁轉矩也增大1倍。電磁轉矩大致與直徑成正比。2.電樞形狀對空載轉速的影響若電樞直徑為 D ,則一個極下

21、一根導體的平均電動勢eavBavlV一對電刷所串聯(lián)的導體數(shù)為N / 2,則刷間電動勢:EaBavlNBavln60 Dn120理想空載時，電機轉速為 n0, UEa ，則 n°120 U 1BavlN D已知當電樞體積和導體直徑不變條件下，Nl乘積近似不變。當U和氣隙平均磁密Bav相同時，n0與電樞鐵心直徑近似成反比，即電樞直徑越大，n0越低。在電壓U和Bav相同時，增大電動機的直徑、減少軸向長度，就有利于增加電動機的轉矩Tem和降低空載轉速n0。三、直流力矩電動機的性能特點1 .力矩波動小、低速下能穩(wěn)定運行。力矩波動是力矩電動機的重要性能指標之一，這是因為電動機通常處在低速狀態(tài)或長

22、期堵轉，力矩波動將導致運行不平穩(wěn)或不穩(wěn)定。力矩波動的程度用力矩波動系數(shù)來表示，是指轉子處于不同位置時，堵轉力矩的峰值與平均值之差相對平均值的百分數(shù)。力矩波動的主要原因是1)繞組元件數(shù)、換向器片數(shù)有限使反電動勢波動；2)電樞鐵心存在齒槽引起磁場脈動；3)換向器表面不平使電刷與換向器之間的滑動摩擦力矩有所變化等。抵制力矩波動的措施主要有：結構上采用扁平式電樞，增多電樞槽數(shù)、元件數(shù)和換向片數(shù)；適當加大電機的氣隙，采用磁性槽楔、斜槽等。2 .機械特性和調節(jié)特性的線性度電動機的機械特性和調節(jié)特性是在勵磁磁通不變的條件下得出的。實際上，由于電樞反應的去磁作用，勵磁磁通是變化的，而且去磁程度與電樞電流或負載

23、轉矩有關，電樞反應導致機械特性和調節(jié)特性的非線性。為了提高特性的線性度，在設計直流力矩電動機時，把磁路設計成高度飽和，并采取增大氣隙等方法，削弱電樞反應的影響。3 .響應迅速、動態(tài)特性好雖然直流力矩電動機電樞直徑大，轉動慣量大，但由于它的堵轉轉矩很大，空載轉速很低，由JQ0jTd一0可知，機電時間常數(shù)很小，動態(tài)性能好。4 .峰值堵轉轉矩和峰值堵轉電流電樞磁場對主磁場的去磁作用隨電樞電流的增加而增加，故峰值堵轉電流是受磁鋼去磁限制的最大電樞電流，與其相應的堵轉轉矩稱為峰值堵轉轉矩，它是力矩電動機最大的堵轉轉矩。需要注意的是，由于電機定子上裝有永久磁鋼，所以在拆裝電機時，務必使定子處于短路狀態(tài)。即

24、取出轉子之前，先用短路環(huán)封住定子，再取出轉子，否則，永久磁鋼將失磁。如果使用中發(fā)生電樞電流超過峰值堵轉電流，使電機失磁，并導致堵轉轉矩改變時，則必須重新充磁。第四節(jié)低慣量直流伺服電動機圖2-20空心杯永磁直流伺服電動機直流伺服電動機的起動轉矩大，調速范圍寬，機械特性和調節(jié)特性線性度好，控制方便，因此應用廣泛。但是，由于直流伺服電動機轉子帶鐵心，鐵心有齒有槽，因此電動機性能上有缺陷，如轉動慣量大，機電時間常數(shù)大，靈敏度差；轉矩波動較大，低速運轉時不平穩(wěn)；換向火花帶來無線電干擾，并影響電機的壽命，使電動機使用上受到一定的限制。目前，國內外已在普通直流伺服電動機的基礎上發(fā)展了低慣量直流伺服電動機。主

25、要形式有空心杯直流伺服電動機、盤形電樞直流伺服電動機和無槽直流伺服電動機一、杯形電樞直流伺服電動機杯形直流伺服電動機的結構如圖2-20所示，定子有內定子和外定子，外定子裝有永久磁鋼，內定子起磁軻作用，由軟磁材料做成?？招谋D子由成型的單個線圈沿轉子圓柱面排列成杯形，或直接用繞線機繞成導線杯，再用環(huán)氧樹脂固化定型，也可采用印制繞組。空心杯電樞直接安裝在電機軸上，在內、外定子之間的氣隙中旋轉。由于轉子內外側需有足夠的氣隙，所以磁路的磁阻大，磁動勢利用率低。通常需采用高性能永磁材料作磁極。杯形直流伺服電動機的性能特點是：1）低慣量。這是由于轉子無鐵心，薄壁細長，慣量極低，因此有超低慣量電動機之稱。2

26、）靈敏度高。由于轉子繞組散熱條件好，繞組的電流密度可達30A/mm2,并且永久磁鋼體積大,能夠提高氣隙的磁通密度，增大轉矩，加之轉動慣量小，所以轉矩/慣量比很大，電機的機電時間常數(shù)很小（可達小于1ms）,靈敏度高，快速性好。其始動電壓在100mV以下，可完成每秒250個起一一停循環(huán)。3）損耗小，效率高。這是由于轉子中無磁滯和渦流造成的鐵損耗，效率可達80%。4）力矩波動小，低速運行平穩(wěn)。這是由于繞組在氣隙中均勻分布，不存在齒槽效應，轉矩傳遞均勻。5）換向性能好，壽命長。由于杯形轉子無鐵心，換向元件電感小，在換向時幾乎不產生火花，換向性能好，大大提高電機的壽命，并且減少對無線電的干擾。但是杯形直

27、流伺服電動機的制造成本較高，大多用于高精度自動控制系統(tǒng)及測量裝置等設備中，如電視攝像機、XY函數(shù)記錄儀、機床控制系統(tǒng)等。二、盤形電樞直流伺服電動機盤形電樞的特點是電樞直徑遠大于長度。定子由永久磁鐵和前后鐵軻共同組成，磁鐵可以在圓盤的一側，也可在兩側。盤形伺服電動機的轉子電樞由線圈沿轉軸徑向排列，再用環(huán)氧樹脂固化成圓盤型。定、轉子間的氣隙為軸向平面氣隙，磁通沿軸向通過氣隙。圓盤中電樞繞組是印制繞組或是繞線式繞組，后者功率比前者大。圖2-21所示是印制繞組盤形電樞直流伺服電動機的結構簡圖。它不需要換向器，是利用靠近轉軸的電樞端部兼作換向器，但是表面需鍍一層耐磨材料，延長使用壽命。圓盤繞組中通過的電

28、流是徑向電流，而磁通是軸向的，二者相互作用產生電磁轉矩，使電機旋轉。盤形電樞直流伺服電動機的特點是：1)結構簡單，制造成本低。2)起動轉矩大。這是由于電樞繞組全部在氣隙中，散熱良好，繞組電流密度比一般普通的直流伺服電動機高10倍以上，容許的起動電流和起動轉矩大。3)力矩波動小，低速時運行穩(wěn)定，調速范圍廣而平滑，能在1:20速比范圍內平穩(wěn)運行。這主要是由于電機沒有齒槽效應以及電樞元件數(shù)、換向片數(shù)多的緣故。4)換向性能好。電樞由非磁性材料制成，換向元件電感小，換向火花小。5)電樞轉動慣量小，反應快，機電常數(shù)一般在1015ms,屬于中等低慣量伺服電動機。盤形電樞直流伺服電動機適用于低速和起動、反轉頻

29、繁，要求薄形安裝尺寸的系統(tǒng)中。輸出功率幾瓦到幾千瓦，功率較大的主要用于數(shù)控機床、工業(yè)機器人、雷達天線驅動和其它伺服系統(tǒng)。三、無槽電樞直流伺服電動機電樞繞組元件直接圖2-22無槽直流伺服電動機結構無槽電樞直流伺服電動機與普通直流伺服電動機的區(qū)別是電樞表面光滑，不開槽，放置在鐵心的外表面，用環(huán)氧樹脂澆注成型與鐵心粘在一起，其氣隙尺寸較大，比普通的直流電動機大10倍以上，定子勵磁采用高性能的永久磁鋼。由于無槽電樞直流伺服電動機在磁路上不存在齒部磁通密度飽和的問題，因此可以提高氣隙磁通密度，減小電樞的外徑。這種電機的氣隙磁密可達1T以上，比普通直流伺服電動機大1.5倍左右，電樞的長度與外徑之比在5倍以

30、上。所以無槽電樞直流伺服電動機具有轉動慣量小、起動轉矩大、反應快、起動靈敏度高、轉速平穩(wěn)、低速運行均勻、換向性能良好等優(yōu)點。目前電機的輸出功率在幾十瓦到10kW以內，機電時間常數(shù)為510ms。主要用于要求快速動作、功率較大的系統(tǒng)，例如數(shù)控機床和雷達天線驅動等。第五節(jié)直流伺服電動機的性能指標及選擇使用一、直流伺服電動機的性能指標目前我國生產的直流伺服電動機的型號主分有SY和SZ系列。SY是永磁式直流伺服電動機系列，SZ是電磁式直流伺服電動機系列。例：36SZ01型直流伺服電動機，其中：36表示機座外徑尺寸為36mm;SZ產品代號，S表示伺服電動機，Z表示直流電磁式；01電氣性能數(shù)據。直流伺服電動

31、機的額定值與一般直流電動機的額定相似，有以下額定值1.額定功率Pn(W)、2.額定電壓Un(V)、3.額定電流IN(A)、4.額定轉矩、5。額定轉速nN(r/min)、PnPn6.額定效率n等。PnUnInn和Tn9.55)NnN額定值表明了電動機的主要性能和使用條件，是選用和使用電動機的依據。二、直流伺服電動機的選擇和使用直流伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，即在輸入控制電壓后，電動機能按照控制電壓信號的要求驅動工作機械，伺服電動機通常作為隨動系統(tǒng)，遙控和遙測系統(tǒng)主傳動元件。由伺服電動機組成的伺服系統(tǒng)，通常采用兩種控制方式，一是速度控制方式，二是位置控制方式。速度控制原理框圖如圖2-2

32、3所示。速度駕T轅大幅宜藁何“電動機標員熨克海網彳發(fā)電仁r-在此系統(tǒng)中，速度的給定量和反饋量都是以電壓信號形式出現(xiàn)。當電動機的轉速低于所要求的轉速時，由測速發(fā)電機發(fā)出的電壓信號與速度給定量的比較，使放大器電壓升高向伺服電動機供電，電動機立即加速，反之若電動機的轉速高于所要求的轉速時，測速發(fā)電機發(fā)出電壓與速度給定量比較，放大器電壓降低向電動機供電，使電動機減速。只有在電動機的轉速等于所需的轉速時，測速發(fā)電機所發(fā)出的電壓信號與速度給定量相平衡，反映出了電動機穩(wěn)定運行時的電壓，使電動機嚴格運行在給定的轉速上。直流伺服電動機在工業(yè)上應用實例很多，例如發(fā)電廠閥門的控制，變壓器有載調壓定位等等。選擇直流伺服電動機時，不僅僅是指對電動機本身性能的選擇，還根據自動控制系統(tǒng)中是否選用直流伺服電動機，以及系統(tǒng)所采用的電源、功率和系統(tǒng)對電機的要求來選擇。如控制系統(tǒng)要求線性的機械特性和調節(jié)特性，控制功率又大，則可選用直流伺服電動機。對隨動系統(tǒng)要求伺服電動機的機電時間常數(shù)要?。欢虝r工作的伺服系統(tǒng)則要求伺服電動機以較小的體積和重量能給出較大的堵轉力矩和功率，對長期工作的伺服系統(tǒng)要求伺服電動機的壽命要長。直流伺服電動機的品