注評(píng)考試《機(jī)電設(shè)備評(píng)估基礎(chǔ)》預(yù)習(xí)：直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制

第五章 數(shù)控機(jī)床及工業(yè)機(jī)器人

　　知識(shí)點(diǎn)十四、直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制

　　以直流伺服電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件的伺服系統(tǒng)即為直流伺服系統(tǒng)。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速性能，尤其是他勵(lì)（永磁）直流伺服電動(dòng)機(jī)，其機(jī)械特性比較硬，即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的增加降幅很小，可以看成是一種恒速電動(dòng)機(jī)。

　　（一）直流伺服電動(dòng)機(jī)（掌握）

　　1.直流主軸電動(dòng)機(jī)。直流主軸電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與普遍直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同。

　　不同點(diǎn)：在主磁極上有補(bǔ)償繞組；采用軸向強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻或熱管冷卻；尾部有測(cè)速反饋元件（主要是測(cè)速發(fā)電機(jī)）。

　　在基本速度nj以下為恒轉(zhuǎn)矩范圍，在基本速度nj以上為恒功率范圍。通常恒轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)一般能承受150%的過載載荷，過載時(shí)間隨生產(chǎn)廠家而已，1~30min不等。

　　2.進(jìn)給直流伺服電動(dòng)機(jī)

　　多采用永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。

　　永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)本體和檢測(cè)部件組成。電動(dòng)機(jī)本體主要由機(jī)殼、定子磁極和轉(zhuǎn)子三部分組成。永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的定子磁極是一個(gè)永磁體，不需要?jiǎng)?lì)磁功率。在同樣的輸出功率時(shí)體積和重量較小。反饋用的檢測(cè)部件（測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器及脈沖編碼器）同軸安裝在電動(dòng)機(jī)的尾部（非軸伸出端）。

　　永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子分為小慣量型和普通型兩類。

　　小慣量型轉(zhuǎn)子又可分無(wú)槽轉(zhuǎn)子、空心杯形轉(zhuǎn)子和印刷繞組轉(zhuǎn)子。

　　優(yōu)點(diǎn)：是轉(zhuǎn)子慣量小，適合于快速響應(yīng)的伺服系統(tǒng)。

　　缺點(diǎn)：過載能力低；當(dāng)用于數(shù)控機(jī)床等進(jìn)給伺服系統(tǒng)中時(shí)，由于轉(zhuǎn)子慣量與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)匹配較差，電動(dòng)機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不能直接相連，必須采取一些措施。

　　普通型轉(zhuǎn)子永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)具有以下一些特點(diǎn)：

　　（1）低速時(shí)輸出的轉(zhuǎn)矩大，慣量比較大，能與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)直接相連，省去齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而有利于減小機(jī)械振動(dòng)和噪聲，以及齒隙誤差。

　?。?）轉(zhuǎn)子的熱容量大，電動(dòng)機(jī)的過載性能好，一般能加倍過載幾十分鐘。

　?。?）調(diào)速范圍寬，當(dāng)與高性能速度控制單元組成速度控制系統(tǒng)時(shí)，調(diào)速范圍可達(dá)1：1000以上。

　?。?）轉(zhuǎn)子慣量比較大，為了滿足快速響應(yīng)的要求，需要加大電源容量。

　?。?）轉(zhuǎn)子溫升高（電動(dòng)機(jī)允許溫升可達(dá)1500 C～1800 C）可通過轉(zhuǎn)軸傳到機(jī)械上去，這會(huì)影響精密機(jī)械的精度。

　　伺服電動(dòng)機(jī)的工作區(qū)域被溫度極限線、轉(zhuǎn)速極限線、換向極限線、轉(zhuǎn)矩極限線以及瞬時(shí)換向極限線劃分成三個(gè)區(qū)域：

　?、?區(qū)為連續(xù)工作區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的任意組合都可以長(zhǎng)時(shí)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(dòng)機(jī)只能按允許的工作時(shí)間和斷電時(shí)間歇工作。

　?、?區(qū)為加速和減速區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電動(dòng)機(jī)只能作加速或減速，工作極短的時(shí)間。

　　選擇進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)，一定要滿足以下條件：

　　1.機(jī)床空載運(yùn)行時(shí)，應(yīng)在轉(zhuǎn)矩－速度特性曲線的連續(xù)工作區(qū)；

　　2.電動(dòng)機(jī)加減速過程中的轉(zhuǎn)矩應(yīng)在加減速區(qū)；

　　3.頻繁起動(dòng)、制動(dòng)以及周期變化的負(fù)載，必須檢查一個(gè)周期內(nèi)轉(zhuǎn)矩的均方根值，并應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩；

　　4.最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩、加載周期以及過載時(shí)間都應(yīng)在特性曲線允許的范圍以內(nèi)。

　　【拓展】均方根值的計(jì)算方法是先平方、再平均、然后開方。

　?。ǘ┲绷魉欧妱?dòng)機(jī)的速度控制方法（熟悉）

　　1.直流主軸電動(dòng)機(jī)的速度控制方法

　　其中，勵(lì)磁磁通Φ和轉(zhuǎn)子回路電流Ia是相互獨(dú)立的，可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而得到良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩控制特性。

　　直流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)為雙域調(diào)速系統(tǒng)，由轉(zhuǎn)子繞組控制回路和磁場(chǎng)控制回路兩部分組成。

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

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

　　2.永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的速度控制。

　　用于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)多采用改變外加電壓的調(diào)速方法。這種調(diào)速方法具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性、機(jī)械特性好、經(jīng)濟(jì)性能好等特點(diǎn)。

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