(1)直流伺服電機(jī)的特點(diǎn)及選型

直流伺服電機(jī)通過(guò)電刷和換向器產(chǎn)生整流，使磁場(chǎng)磁動(dòng)勢(shì)和電樞電流磁動(dòng)勢(shì)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(jī)具有響應(yīng)速度快、精度高、頻率高、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)。但由于使用電刷和換向器，使用壽命較低，需要定期維護(hù)。

20世紀(jì)60年代，研制了一種小型慣性直流伺服電機(jī)。其電樞無(wú)槽，其繞組直接與電樞鐵心連接。具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、響應(yīng)靈敏、動(dòng)態(tài)特性好等特點(diǎn)。適用于高速、小負(fù)荷慣性場(chǎng)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(fù)載慣性，增加了成本。

直流印刷電樞電機(jī)是一種盤式伺服電機(jī)。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(jī)主要用于工業(yè)機(jī)器人、小型數(shù)控機(jī)床和線切割機(jī)床。

寬調(diào)速直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是勵(lì)磁容易調(diào)節(jié)，補(bǔ)償繞組和換向桿易于布置，電機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)。有兩個(gè)結(jié)構(gòu)沒(méi)有剎車a和剎車B。

電機(jī)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(jī)的磁路相結(jié)合，提高了電機(jī)的氣隙磁通密度。同時(shí)在電機(jī)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(dòng)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(dòng)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(jī))，適用于日本發(fā)那科公司生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、加工中心等。其中l(wèi)系列適用于頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)應(yīng)用，M系列是在H系列的基礎(chǔ)上開(kāi)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(dòng)，提高了整個(gè)伺服系統(tǒng)的頻響。H系列電動(dòng)機(jī)為大慣量控制電機(jī)，輸出功率大，由六相全波晶閘管整流驅(qū)動(dòng)。表中的電機(jī)型號(hào)有

H標(biāo)志(如30mh)表示電機(jī)裝有熱管冷卻器。電機(jī)的有效尺寸與無(wú)熱管冷卻器的同型號(hào)相同，但額定轉(zhuǎn)矩較大。

      根據(jù)負(fù)載情況選擇寬調(diào)速直流伺服電機(jī)。電機(jī)軸上有兩種負(fù)載，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣性。選擇電機(jī)時(shí)，必須正確計(jì)算負(fù)載，即必須確認(rèn)電機(jī)滿足以下條件:

1)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi);

2)工作負(fù)荷和過(guò)載時(shí)間應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi);

3)加速度應(yīng)與期望的時(shí)間常數(shù)一致。

一般情況下，由于負(fù)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(shí)間常數(shù)。

值得一提的是，慣性負(fù)載值對(duì)電機(jī)的靈敏度和快速運(yùn)動(dòng)時(shí)間有很大的影響。對(duì)于較大的慣性負(fù)載，當(dāng)指令速度發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到指令速度。當(dāng)負(fù)載慣性達(dá)到轉(zhuǎn)子慣性的三倍時(shí)，將影響靈敏度。當(dāng)負(fù)載慣性是轉(zhuǎn)子慣性的三倍時(shí)，響應(yīng)時(shí)間將大大縮短。當(dāng)慣量遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子慣量時(shí)，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(fù)載。

(2)直流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)

直流伺服電機(jī)由直流提供。為了調(diào)整電機(jī)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(dòng)方式:晶體管脈寬驅(qū)動(dòng)和晶閘管直流驅(qū)動(dòng)。

的直流驅(qū)動(dòng)模式主要晶閘管觸發(fā)脈沖的相位移動(dòng)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(jī)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(diǎn)，晶閘管采用交流(50Hz)過(guò)零方式關(guān)閉。因此，當(dāng)整流電壓較低時(shí)，它的輸出是一個(gè)非常小的峰值的平均值(三相全波時(shí)每秒300)，導(dǎo)致電流不連續(xù)。PWM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高開(kāi)關(guān)頻率(通常高達(dá)2000 ~ 3000hz)，伺服機(jī)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(dòng)系統(tǒng)原理

 

       為使電動(dòng)機(jī)實(shí)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(gè)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(shí)，在 VT2 和 VT4 的基極上加負(fù)脈沖，這時(shí) 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(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向?yàn)檎?。反之，如果在晶體管 VT1 和 VT3 的基極上加負(fù)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(dòng)機(jī)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(fù)和導(dǎo)通率，就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。