(1)直流伺服電機的特點及選型

直流伺服電機通過電刷和換向器產(chǎn)生整流，使磁場磁動勢和電樞電流磁動勢正交，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。它的電樞大部分是永磁體。

直流伺服電機具有響應(yīng)速度快、精度高、頻率高、控制性能好等優(yōu)點。但由于使用電刷和換向器，使用壽命較低，需要定期維護。

20世紀60年代，研制了一種小型慣性直流伺服電機。其電樞無槽，其繞組直接與電樞鐵心連接。具有轉(zhuǎn)動慣量小、響應(yīng)靈敏、動態(tài)特性好等特點。適用于高速、小負荷慣性場合。否則，需要根據(jù)其特定的慣性比設(shè)置精密齒輪副以匹配負載慣性，增加了成本。

直流印刷電樞電機是一種盤式伺服電機。電樞由導(dǎo)電板的切割形成，導(dǎo)體線圈的末端起換向器的作用。該空心高性能伺服電機主要用于工業(yè)機器人、小型數(shù)控機床和線切割機床。

寬調(diào)速直流伺服電機的結(jié)構(gòu)特點是勵磁容易調(diào)節(jié)，補償繞組和換向桿易于布置，電機換相性能得到改善，成本低，在寬調(diào)速范圍內(nèi)可獲得恒速特性。永磁寬調(diào)速直流伺服電機結(jié)構(gòu)。有兩個結(jié)構(gòu)沒有剎車a和剎車B。

電機定子(磁鋼)1采用永磁材料(如鐵氧體永磁)，矯頑力高，不易退磁，轉(zhuǎn)子(電樞)2直徑大，槽大，熱容大。在結(jié)構(gòu)上，將常用的凸極與隱極永磁電機的磁路相結(jié)合，提高了電機的氣隙磁通密度。同時在電機末端安裝高精度、低紋波轉(zhuǎn)速發(fā)生器，并可安裝光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器和制動器，為速度回路提供更高的增量，可獲得優(yōu)異的低速剛度和動態(tài)性能。

L系列(低慣性系列)、M系列(中慣性系列)、H系列(大慣性系列直流伺服電機)，適用于日本發(fā)那科公司生產(chǎn)的工業(yè)機器人、數(shù)控機床、加工中心等。其中l(wèi)系列適用于頻繁啟動和制動應(yīng)用，M系列是在H系列的基礎(chǔ)上開發(fā)的。其慣量小于H系列，適用于晶體管脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動，提高了整個伺服系統(tǒng)的頻響。H系列電動機為大慣量控制電機，輸出功率大，由六相全波晶閘管整流驅(qū)動。表中的電機型號有

H標志(如30mh)表示電機裝有熱管冷卻器。電機的有效尺寸與無熱管冷卻器的同型號相同，但額定轉(zhuǎn)矩較大。

      根據(jù)負載情況選擇寬調(diào)速直流伺服電機。電機軸上有兩種負載，即負載轉(zhuǎn)矩和負載慣性。選擇電機時，必須正確計算負載，即必須確認電機滿足以下條件:

1)在整個調(diào)速范圍內(nèi)，負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi);

2)工作負荷和過載時間應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi);

3)加速度應(yīng)與期望的時間常數(shù)一致。

一般情況下，由于負載轉(zhuǎn)矩起減速作用，所以在可能的情況下，加減速應(yīng)選擇相同的時間常數(shù)。

值得一提的是，慣性負載值對電機的靈敏度和快速運動時間有很大的影響。對于較大的慣性負載，當指令速度發(fā)生變化時，電機需要較長的時間才能達到指令速度。當負載慣性達到轉(zhuǎn)子慣性的三倍時，將影響靈敏度。當負載慣性是轉(zhuǎn)子慣性的三倍時，響應(yīng)時間將大大縮短。當慣量遠大于轉(zhuǎn)子慣量時，伺服放大器不能在正常工作范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，必須避免這種慣量負載。

(2)直流伺服電機及驅(qū)動

直流伺服電機由直流提供。為了調(diào)整電機的速度和方向，需要控制其直流電壓的大小和方向。目前有兩種驅(qū)動方式:晶體管脈寬驅(qū)動和晶閘管直流驅(qū)動。

的直流驅(qū)動模式主要晶閘管觸發(fā)脈沖的相位移動調(diào)整觸發(fā)延遲角(控制電壓)控制的晶閘管觸發(fā)裝置,以改變整流電壓的大小,使直流電機的電樞電壓的變化易于平滑調(diào)速。由于晶閘管本身的工作原理和電源的特點，晶閘管采用交流(50Hz)過零方式關(guān)閉。因此，當整流電壓較低時，它的輸出是一個非常小的峰值的平均值(三相全波時每秒300)，導(dǎo)致電流不連續(xù)。PWM驅(qū)動系統(tǒng)具有高開關(guān)頻率(通常高達2000 ~ 3000hz)，伺服機構(gòu)響應(yīng)的頻率范圍也很寬。與晶閘管相比，輸出電流紋波很小，接近純直流。

 

 

（3）PWM 直流調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)原理

 

       為使電動機實現(xiàn)雙向調(diào)速，多采用下圖所示橋式電路，其工作原理與線性放大橋式電路相似。電橋由四個大功率晶體管 VT1~VT4 組成。如果在 VT1 和 VT3 的基極上加以正脈沖的同時，在 VT2 和 VT4 的基極上加負脈沖，這時 VT1 和 VT4 導(dǎo)通，VT2 和 VT4 截止，電流沿 +90V→c→VT1→d→M→b→VT3→a→0V 的路徑流通。設(shè)此時電動機的轉(zhuǎn)向為正向。反之，如果在晶體管 VT1 和 VT3 的基極上加負脈沖，在 VT2 和 VT4 的基極上加正脈沖，則 VT2 和

 

 

 

       VT4 導(dǎo)通，VT1 和 VT3 截止，電流沿+90V→c→VT2→b→M→d→VT4→a→0V 的路徑流通，電流的方向與前一情況相反，電動機反向旋轉(zhuǎn)。顯然，如果改變加到 VT1 和 VT3、VT2 和 VT4 這兩組管子基極上控制脈沖的正負和導(dǎo)通率，就可以改變電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。