伺服電動機亦稱執行電動機，它具有一種服從(cong) 控製信號的要求而動作的職能，在信號來到之前，轉子靜止不動；信號來到之後，轉子立即轉動；當信號消失，轉子能即時自行停轉。由於(yu) 這種“伺服"的性能，因此而命名。

直流伺服電動機是一種特殊用途的直流電動機,也叫做執行電動機,雖然基本結構與(yu) 普通的直流電動機無異,但能夠把外界輸入的電壓信號轉變為(wei) 內(nei) 部機械上的角位移或者角速度,因此廣泛應用於(yu) 自動控製係統中。  

1直流伺服電動機的控製方式  

由直流伺服電動機的工作原理可知,直流伺服電動機在電壓信號和磁場的共同作用下才能工作[1],因此,可以從(cong) 磁場的角度和信號控製的角度將其分類。  

直流伺服電動機在磁場角度的分類有兩(liang) 種:永磁式直流伺服電動機和電磁式直流伺服電動機,前者通過永久磁鐵來提供磁場,後者通過包裹的磁繞組作用產(chan) 生電磁鐵從(cong) 而形成磁場。  

由於(yu) 轉子上的電樞繞組和定子上的勵磁繞組都可由電壓信號來控製,因此,在控製方式上可將直流伺服電動機做成由電樞控製的直流伺服電動機和由磁場控製的直流伺服電動機。由電樞控製的直流伺服電動機,能夠通過改變輸入的電壓信號Ua來影響電樞繞組上電流的產(chan) 生,配合定子產(chan) 生的磁場即可產(chan) 生力矩旋轉。由磁場控製的直流伺服電動機,通過改變電壓信號Uf來控製勵磁繞組中的磁場產(chan) 生,使得接通電流的導體(ti) 能夠隨信號的產(chan) 生而旋轉。  

在電樞控製中,特性曲線是一組平行線,控製特性的線性度高:但在磁場控製中,由於(yu) 磁通和電流的關(guan) 係o=f(I)是非線性的,且空載損耗要比電樞控製的空載損耗大,隻適用於(yu) 小功率電機的運行。因此,在自動控製係統中采用電樞控製的直流伺服電動機較多,很少采用磁場控製的直流伺服電動機。  

2直流伺服電動機的運行  

直流伺服電動機的內(nei) 部結構包括定子、轉子、電刷和換向器等。以電樞控製的直流伺服電動機為(wei) 例,假設在轉子中,導體(ti) 上輸入的電壓信號Ua使導體(ti) 上產(chan) 生了電流Ia,由於(yu) 電磁感應原理,導體(ti) 在定子產(chan) 生的磁場中受到了力的作用,產(chan) 生了轉矩T和轉速n,電動機轉動:反之,當輸入的電壓信號Ua=0時,轉子中的導體(ti) 中未產(chan) 生電流Ia,因此在定子磁場的作用下沒有產(chan) 生轉矩T和轉速n,電動機無法轉動。  

直流伺服電動機旋轉的運行流程圖如圖1所示。   

因此,在電壓信號的作用下,直流伺服電動機在輸出一定轉矩的同時,其轉速也能準確地達到輸入信號所指定的數值。  

3直流伺服電動機的突出特性(以電樞控製為(wei) 例)  

假設電樞繞組上的控製電壓為(wei) Ua,勵磁電壓Uf為(wei) 常數不變,在理想情況下,忽略電樞反應的情況,可以得到電樞控製的直流伺服電動機機械特性的表達式為(wei) :   

式中,Ce為(wei) 電動勢常數:CT為(wei) 轉矩常數:小為(wei) 每級磁通:n0為(wei) 理想空載轉速:8為(wei) 特性斜率,等於(yu) 小2。 

在控製電壓Ua不同的情況下,機械特性曲線是一組向下傾(qing) 斜的平行線,當Ua的大小恒定時,轉矩T越大,轉速n越低,在理想情況下呈正比關(guan) 係,如圖2所示。 

在轉矩T不同的情況下,調節特性曲線同樣為(wei) 一組平行線,轉速n同樣也與(yu) 控製電壓Ua呈正比關(guan) 係,控製電壓Ua越大,轉速n也越大,如圖3所示。

由電樞電動勢公式Ua=Ce小n0可以得到

代入到機械特性公式中可得:   

通過該公式,結合機械特性曲線和調節特性曲線可得,當啟動轉矩T=0時,Ua>0時n也大於(yu) 0。當啟動轉矩T=T1>0時,若Ua=U1,此時恰好,

使得轉速n恰好等於(yu) 0,繼續增大Ua大於(yu) U1時轉速n>0,電機轉動。當啟動轉矩T=T2>T1時,若Ua<U2,電機將無法轉動,若Ua=U2,此時恰好,

使得電機到達啟動的臨(lin) 界點,當Ua持續增大,轉速n大於(yu) 0,電機開始旋轉。  

由此可見,當T=0時,隻要Ua>0,則n>0,當T=T1或T=T2時,隻有當Ua>Ua1或Ua>Ua2時才有n>0,因此,我們(men) 把T=T'時能使

的啟動電壓Ua'稱為(wei) 始動電壓,而在0~Ua'的電壓區間內(nei) 稱為(wei) 失靈區。因此,在結合機械特性和調節特性分析後可以得出,在保證輸出轉矩不變的情況下,要提高直流伺服電動機的伺服性,就需要減小空載轉矩,從(cong) 而使啟動電壓降低。  

4結語  

本文通過對直流伺服電動機的簡單介紹,說明了伺服電動機能夠受電壓信號控製,通過結合機械特性和調節特性的研究,解釋了直流伺服電動機的始動電壓和失靈區。為(wei) 了在自動控製係統中提高直流伺服電動機的伺服可靠性,需要降低直流伺服電動機的啟動電壓,因此要減小直流伺服電動機的空載轉矩。

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