注評考試《機電設備評估基礎》預習：直流伺服電動機及其速度控制

第五章 數(shù)控機床及工業(yè)機器人

　　知識點十四、直流伺服電動機及其速度控制

　　以直流伺服電動機作為驅動元件的伺服系統(tǒng)即為直流伺服系統(tǒng)。直流伺服電動機具有良好的調速性能，尤其是他勵（永磁）直流伺服電動機，其機械特性比較硬，即電動機的轉速隨負載的增加降幅很小，可以看成是一種恒速電動機。

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　　1.直流主軸電動機。直流主軸電動機的結構與普遍直流電動機的結構基本相同。

　　不同點：在主磁極上有補償繞組；采用軸向強迫通風冷卻或熱管冷卻；尾部有測速反饋元件（主要是測速發(fā)電機）。

　　在基本速度nj以下為恒轉矩范圍，在基本速度nj以上為恒功率范圍。通常恒轉矩速度范圍與恒功率速度范圍之比為1：2.

　　【提示】直流主軸電動機一般能承受150%的過載載荷，過載時間隨生產(chǎn)廠家而已，1~30min不等。

　　2.進給直流伺服電動機

　　多采用永磁直流伺服電動機作為驅動元件。

　　永磁直流伺服電動機由電動機本體和檢測部件組成。電動機本體主要由機殼、定子磁極和轉子三部分組成。永磁直流伺服電動機的定子磁極是一個永磁體，不需要勵磁功率。在同樣的輸出功率時體積和重量較小。反饋用的檢測部件（測速發(fā)電機、旋轉變壓器及脈沖編碼器）同軸安裝在電動機的尾部（非軸伸出端）。

　　永磁直流伺服電動機的轉子分為小慣量型和普通型兩類。

　　小慣量型轉子又可分無槽轉子、空心杯形轉子和印刷繞組轉子。

　　優(yōu)點：是轉子慣量小，適合于快速響應的伺服系統(tǒng)。

　　缺點：過載能力低；當用于數(shù)控機床等進給伺服系統(tǒng)中時，由于轉子慣量與機械傳動系統(tǒng)匹配較差，電動機與機械傳動系統(tǒng)不能直接相連，必須采取一些措施。

　　普通型轉子永磁直流伺服電動機具有以下一些特點：

　?。?）低速時輸出的轉矩大，慣量比較大，能與機械傳動系統(tǒng)直接相連，省去齒輪等傳動機構，從而有利于減小機械振動和噪聲，以及齒隙誤差。

　　（2）轉子的熱容量大，電動機的過載性能好，一般能加倍過載幾十分鐘。

　?。?）調速范圍寬，當與高性能速度控制單元組成速度控制系統(tǒng)時，調速范圍可達1：1000以上。

　?。?）轉子慣量比較大，為了滿足快速響應的要求，需要加大電源容量。

　　（5）轉子溫升高（電動機允許溫升可達1500 C～1800 C）可通過轉軸傳到機械上去，這會影響精密機械的精度。

　　伺服電動機的工作區(qū)域被溫度極限線、轉速極限線、換向極限線、轉矩極限線以及瞬時換向極限線劃分成三個區(qū)域：

　?、?區(qū)為連續(xù)工作區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)轉矩和轉速的任意組合都可以長時間連續(xù)工作。

　?、?區(qū)為斷續(xù)工作區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電動機只能按允許的工作時間和斷電時間歇工作。

　?、?區(qū)為加速和減速區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電動機只能作加速或減速，工作極短的時間。

　　選擇進給伺服電動機時，一定要滿足以下條件：

　　1.機床空載運行時，應在轉矩－速度特性曲線的連續(xù)工作區(qū)；

　　2.電動機加減速過程中的轉矩應在加減速區(qū)；

　　3.頻繁起動、制動以及周期變化的負載，必須檢查一個周期內(nèi)轉矩的均方根值，并應小于電動機的連續(xù)額定轉矩；

　　4.最大負載轉矩、加載周期以及過載時間都應在特性曲線允許的范圍以內(nèi)。

　　【拓展】均方根值的計算方法是先平方、再平均、然后開方。

　　（二）直流伺服電動機的速度控制方法（熟悉）

　　1.直流主軸電動機的速度控制方法

　　其中，勵磁磁通Φ和轉子回路電流Ia是相互獨立的，可以分別進行調節(jié)，從而得到良好的靜態(tài)和動態(tài)轉矩控制特性。

　　直流主軸電動機的調速系統(tǒng)為雙域調速系統(tǒng)，由轉子繞組控制回路和磁場控制回路兩部分組成。

　　在轉子繞組控制回路中，通過改變轉子繞組電壓（即外加電壓）調速，適于基本速度以下的恒轉矩范圍。

　　在磁場控制回路中，通過改變勵磁電流If （即改變磁通φ）調速，為恒功率調速，適于基本速度以上的恒功率范圍。

　　2.永磁直流伺服電動機的速度控制。

　　用于數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)中的永磁直流伺服電動機多采用改變外加電壓的調速方法。這種調速方法具有恒轉矩調速特性、機械特性好、經(jīng)濟性能好等特點。

　　常采用的調速系統(tǒng)有兩種，即晶閘管調速系統(tǒng)和晶體管脈寬調制調速系統(tǒng)。