直流伺服电动机精品课件

直流伺服电动机电气工程及其自动化0701鹿鸣明1.直流伺服电动机的工作原理2.直流伺服电动机的结构特点3.直流伺服电动机的工作特性4.直流伺服电动机的应用1.工作原理1.1工作原理直流伺服电机本身就是直流电动机。直流电机的工作原理是建立在电磁力定律基础上的，电磁力的大小与电机中的气隙磁场成正比。1.2直流伺服电机的分类直流电机按其励磁方式分为永磁式、励磁式(他励、并励、串励、复励)、混合式(励磁和永磁合成)三种；按电枢结构分为有槽、无槽、印刷绕组、空心杯形等；按输出量分为位置、速度、转矩(或力)三种控制系统；按运动模式分为增量式和连续式；按性能特点及用途不同又有不同品种。1.工作原理直流伺服电机的调速

由直流电机的基本原理分析得到：

n=(u－IaRa)/Ceφ

式中：n──电枢的转速，r/min；

u──电枢电压；Ia──电枢电流；

Ra──电枢电阻；

由此可知，调节电机的转速有三种方法：(1)改变电枢电压u。调速范围较大，直流伺服电机常用此方法调速；(2)变磁通量φ。改变激磁回路的电阻Rf以改变激磁电流If，可以达到改变磁通量的目的；调磁调速因其调速范围较小常常作为调速的辅助方法，而主要的调速方法是调压调速。若采用调压与调磁两种方法互相配合，可以获得很宽的调速范围，又可充分利用电机的容量。(3)在电枢回路中串联调节电阻Rt(图中无表示)，此时有n=[u－Ia(Ra+Rt)]/Ceφ

此法转速只能调低，而且电阻上的铜耗较大，办法并不经济，很少使用。2.直流伺服电机的结构直流伺服电动机在原理上与普通的直流电动机并无区别，但是由于伺服电机工作特点的要求，在具体实现上结构有些区别。2.1

普通的电磁式直流伺服电动机有磁极，结构较复杂但控制方便，灵活，既可电枢控制，也可采用磁场控制。2.直流伺服电机的结构2.2永磁式直流伺服电动机只能进行电枢控制，但是结构较简单，体积小、出力大、效率高。2.直流伺服电机的结构2.3

线绕盘式直流伺服电动机电枢无铁心，没有磁饱和效应和齿槽效应，换向性能好，时间常数小，快速响应性能好。2.直流伺服电机的结构2.4印制绕组直流伺服电动机电枢无铁心，没有磁饱和效应和齿槽效应，换向性能好，时间常数小，快速响应性能好2.直流伺服电机的结构2.5杯型电枢直流伺服电动机

转动惯量非常小，具有较高的加速能力，时间常数可小于1ms。

2.直流伺服电机的结构2.6宽调速直流伺服电动机

具有调速范围宽，在闭环控制中调速比可做到1：2000以上；过载能力强，最大转矩可为额定转矩的5到10倍；低速转矩大，可以与负载同轴连接，声调减速齿轮，提高传动效率等特点。这类电机目前已广泛使用在数控机床的进给伺服驱动、雷达天线驱动及其它私服跟踪驱动系统中。3.直流伺服电动机的工作特性3.1机械特性

改变电枢电压进行控制时，对应于不同的电枢电压可以得到一组相互平行的机械特性曲线。而斜率k与电枢电压无关，和电枢电阻Ra成正比。较小的Ra有较硬的机械特性。3.直流伺服电动机的工作特性3.2调节特性

直流伺服电动机调节特性表示在一定的励磁条件下，输出转矩恒定时Tl=常值，稳态转速n与电枢控制电压Ua之间的关系n=f（Ua）。U0、U1、U2、U3分别对应电机不同负载转矩为TL0

、TL1、TL2、TL3时的始动电压，负载转矩越大，电动机制动和始动电压越大。

3.直流伺服电动机的工作特性3.2调节特性启动电压与直线斜率的说明：

以ML1为例，当U<U1时，因此n始终为0，当U达到电磁转矩和总阻矩相等时，电机就达到临界状态。此时，

3.直流伺服电动机的工作特性3.2调节特性启动电压与直线斜率的说明：

以ML1为例，当U>U1时，由于负载转矩不变，所以Ia不变。电枢电阻压降IaRa为常值。这样电压平衡方程变为：U-U1=Ea=Ceφn,此时，若以U1为坐标原点，n与Ea的关系就是一条斜率Ceφ的直线。3.直流伺服电动机的工作特性3.3工作特性电磁式直流伺服电动机工作特性永磁式直流伺服电动机工作特性4.直流伺服电动机的应用应用领域非常多。只要是要有动力源的，而且对精度有要求的一般都可能涉及到伺服电机。如数控机床、机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求相对较高