直流伺服電機詳細解析

常用（yòng）的（de）伺服（fú）電動機有兩大類，以交流電源工作的稱為交流伺服電動機，以（yǐ）直流電源工作的稱為（wéi）直流伺服電（diàn）動機。本文僅對直流伺服電機進行詳細解析。

伺服電動機的功能是把輸入的電壓信（xìn）號轉換為（wéi）軸上的（de）角位移或角速度輸出，也就是說，伺服電動機是指其轉速和轉向隨輸入電壓信號的大小和方向而改變的控製電動機。伺服電動機能帶一定大小的負載，在自動控製係統中作執行元件，所以又稱為執行電動機。

自動（dòng）控製係統（tǒng）對伺服電動機的性能要求可（kě）概況為以下幾點。

（1）無自轉（zhuǎn）現象。在控製信號來到之前，伺服電動機（jī）轉子靜止不動；控製（zhì）信號來到之後，轉子（zǐ）迅速轉動；控製信號消失時，伺服電動機轉子應立即停止轉動。控製信號為零時電動機繼續轉動的現象稱為“自轉”現象，消除（chú）自轉是自控係統正常工作的必要條件。

（2）空載始動電（diàn）壓低。電動機空載時，轉子不論在任何位置，從靜止狀態開始啟動至連續運轉的 小控製（zhì）電壓稱為始（shǐ）動電壓。始（shǐ）動電壓（yā）越小，電動機的靈（líng）敏度越高。

（3）機（jī）械特性和調節特性的線（xiàn）性度好，能在寬廣的範（fàn）圍（wéi）內平滑穩定地調速。

（4）快速響應性好。即機（jī）電（diàn）時間常數小，因而伺服電（diàn）動機都要求轉動慣量（liàng）小。

1.直流（liú）伺服電動機分類和結構

直流伺服電動機是自動控（kòng）製係（xì）統（tǒng）中具有（yǒu）特殊用途的直流電動機，其結構和一般直流電動機無本質差異，也由定子與轉子兩部分（fèn）組成。

定子的作（zuò）用是建立恒定磁場，定子磁極上裝有勵磁繞組。在直流伺服係統中，常用的是電磁式和永磁式直流伺服電（diàn）動機。目前，電磁式的勵磁方式為他勵方式，電樞和勵磁繞組由兩個獨立電（diàn）源供電。

空心杯電樞永磁（cí）式直流伺服電動機它由一個外定子和一個內定子，空心杯電樞在內、外定子間的氣隙中旋轉。外定子用軟磁性材料做鐵芯，鐵芯上（shàng）裝（zhuāng）有集中繞組（用磁鐵製成兩個半圓形磁極或在環形磁鋼上充磁生成N、S極）。內（nèi）定子由圓柱形軟（ruǎn）磁材料製成，它作為磁路的一部（bù）分，可減小磁阻。電樞是一（yī）個用非磁性材料（如塑料）製成的空（kōng）心杯狀圓筒，直接安裝在電（diàn）動機軸上。在空（kōng）心杯沿圓周軸向排成空心杯狀並（bìng）用環氧樹脂固化成型的繞（rào）組。電源通過電刷和轉向器加到電樞繞組上。一般（bān）直流伺服電動機電樞鐵芯長度與直徑比普通直流電動機大，目的再於減小其（qí）飛輪矩，提高（gāo）響應速度。

近年來，隨著技術的發展（zhǎn），產生了新品種的（de）直（zhí）流伺（sì）服電動機，如無刷直（zhí）流伺服電動機（jī）。

2.直流伺服電動機工作原理

直流伺服電動機（jī）的工作原理也和普通（tōng）小型直流電（diàn）動機相同。對他勵式直流伺服電動機（jī），如果勵磁繞組通以勵（lì）磁電流，建立恒定磁場，當電樞（shū）繞組通過電流時，就會產生電磁轉矩使轉子（zǐ）旋轉，而勵磁繞組或電樞繞組中的一個斷電時，電動機立（lì）即（jí）停轉。改變勵磁電流的大（dà）小和（hé）方向，就能改變電動機的轉（zhuǎn）速和轉向，以滿足伺服電（diàn）動機的控製要求。當負載轉矩一定時，保（bǎo）持電樞電源電壓不變，通（tōng）過改變勵磁電流來控製電動機的轉（zhuǎn）速稱為磁場控製；保持勵磁電流不變，通過改變電（diàn）源電壓來控製電動機當轉速稱為電樞控製。由於後者的特性（xìng）和精度都比較理想，所以，直流伺服（fú）電動機一般采用電樞（shū）控製，亦即（jí）利用電樞（shū）電壓作為控製信號電壓，而磁場控製方式隻用於小功率電動機。

直流伺服（fú）電動機的基本工作原理與一般直流電動機相同。勵磁繞組接入恒定電壓，接受控製信號的電樞繞組接受控製電壓信號時，電樞繞組中流過電流，其產生的磁通（tōng）與勵磁繞組（zǔ）產生的磁通互（hù）相（xiàng）作用，產生電磁轉矩，使（shǐ）電樞（shū）旋轉。改變控製電壓信號的大小（xiǎo），即（jí）可改變電動機的轉（zhuǎn）速，達到調速的目的。

伺服直流伺服電動機使用時應注意（yì）如下（xià）事項:

①電磁式電樞控製的直（zhí）流伺（sì）服電動機在使（shǐ）用時，要先接通勵磁電源，然後再加電樞電壓。運行中應盡量避免勵磁（cí）繞組斷電，以免引起電樞電流過大和造成電動（dòng）機的超速。

②選用不同形式的電樞控製電源時，注意其容量應留有適當的餘量。