直流( DC)伺服电机与驱动

1．直流伺服电机的特性及选用直流伺服电机通过电刷和整流子产生的整流作用，使磁场磁动势和电枢电流磁动势正交，从而产生转矩。其电枢大多为永久磁铁磁场。

直流伺服电机具有较高的响应速度、精度和频率，优良的控制特性等优点。但由于使用电刷和整流子，故寿命较低，需要定期维修。

20世纪60年代研制出了小惯量直流伺服电机，其电枢无槽，绕4组直接黏接固定在电枢铁芯上，因而转动惯量小、反应灵敏、动态特性好。适用于高速且负载惯量较小的场合，否则需根据其具体的惯量比设置精密齿轮副才能与负载惯量匹配，大大增加了成本。

直流无刷电枢电机是一种盘形伺服电机，电枢由导电板的切口成形，裸导线的线圈端部起整流子作用，这种空心式高性能伺服电机大多用于工业机器人、小型车床及线切割机床上。

70年代大惯量宽调速直流伺服电机研制成动。它在结构上采取了一些措施”尽量提高转矩，改善动态特性，既具有一般直流电机的各项优点，又具有小惯量直流电机的快速响应性能，易与较大的惯性负载匹配，能较好地满足伺服驱动的要求，因此在数控机床、工业机器夫等机电一体化产品中得到了广泛的应用。

宽调速直流伺服电机的结构特点是激磁便于调整，易于安排补偿绕组和换向极，电机的换向性能得到改善，成本低，可以在较宽的速度范围内得到恒转速特性。永久磁铁的宽调速直流伺服电机的结构如图9 -18，所示，图中有不带制动器(a)和带制动器(b)两种电机结构。

电机定子（磁钢）1所采用矫顽力大、不易去磁的永磁材料（铁氧体永久磁铁）、转子（电枢）2直径大并且有槽，因而热容量大，结构上又采用了通常凸极式和隐极式永磁电机磁路的组合，提高了电机气隙磁密。同时，在电机尾部装有高精密低纹波的测速发电机并可加装光电编码器或旋转变压器及制动器，为速度环提供了较高的增量，能获得优良的低速刚度和动态性能。因此，宽调速直流伺服电机是目前机电一体化闭环伺服系统中应用较广泛的一种控制用电机。其主要特点是调速范围宽、低速运行平稳；负载特性硬、过载能力强，在一定的速度范围内可以做到恒力矩输出。，反应速度快，动态响应特性好。当然，宽调速直流伺服电机体积较大，其电刷易磨损，寿命受到一定限制。一般的直流伺服电机均配有专门的驱动器。

宽调速直流伺服电机应根据负载条件来选择。加在电机轴上的有两种负载，即受载转矩和负载惯量。当选用电机时，必须正确地计算负载，即必须确认电机能满足下列条件：

①在整个调速范围内，其负载转矩应在电机连续额定转矩范围以内；②工作负载与过载时间应在规定的范围以内；③应使加速度与希望的时间常数一致。一般讲，由于负载转矩起减速作用，如果可能，加、减速应选取相同的时间常数。

值得提出的是惯性负载值对电机灵敏度和快速移动时间有很大影响。对于大的惯性负载，当指令速度变化时，电机达到指令速度的时间需要长些。如果负载惯量达到转子惯量的3倍，灵敏度要受到影响，当负载惯量比转子惯量大3倍，响应时间降低很多，而当惯量大大超过时，伺服放大器不能在正常条件范围内调整，必须避免使用这种惯性负载。