航天公开课直流伺服电动机的特性思维导图

即电枢控制方式和磁场控制方式，永磁式的直流伺服电动机只有电枢控制方式

电枢控制方式是励磁绕组接于恒定的直流电源电压，产生额定磁通

电枢绕组接控制电压，当控制电压的大小和方向改变时，电动机的转速和转向随之改变

磁场控制方式是将电枢绕组接于恒定直流电源，励磁绕组接控制电压

在这种控制方式下，控制电压消失时，电枢停止转动，电枢中仍有电流，并且电流很大

相当于普通直流电动机的直接启动电流，因而损耗的功率很大

很容易烧坏换向器和电刷。此外，电动机的特性为非线性

因此，船载伺服控制系统中，一般采用电枢控制方式的直流伺服电动机

采用电枢控制方式的直流伺服电动机，当控制信号电压U c =常数，磁通φ=常数

并不考虑电枢反应的影响时，其转速n与电磁转矩T em 之间的关系曲线n=f（T em ）称为机械特性

直流伺服电动机的机械特性表达式与他励直流电动机的机械特性表达式相同

n 0 为电动机的理想空载转速，n 0 =U c /（C e φ），n 0 与控制电压（U c ）成正比

当控制电压不同时，机械特性为一组n 0 不同的平行直线

负载转矩一定时，即电动机的电磁转矩一定，控制电压升高，电动机的转速也升高

控制电压降低，转速也降低。当控制电压反向时，电动机的电磁转矩和转速也反向

当电动机的电磁转矩T em =常数时，伺服电动机的转速n与控制信号U c 之间的关系曲线n=f（U c ）称为调节特性

由上式可知，在C e φ和βT em 为常数时，转速n与控制电压U c 为线性关系

电磁转矩T em 不同时，调节特性是一组平行的直线，在T em 一定时，控制电压U c 高，则转速n也高

启动时，不同的负载转矩T L 需要的控制电压也不同，例如，当T L =T em 时，U c =U c 01

表示只有当控制电压U c >U c 01时，电动机才能够转起来，而U c =0～U c 01区间

电动机不转，我们称0～U c 01区间为失灵区或死区，电压U c 01称为始动电压

负载转矩T L 不同，始动电压也不同，T L 越大，始动电压越大，这表明失灵区的大小与负载转矩成正比

T em =0时的特性为理想空载特性，这时只要有控制电压U c ，电动机就旋转

实际空载时，T em =T 0 ≠0，始动电压不为零，T0越大，需要的始动电压越大

电枢控制的直流伺服电动机的动态特性

是指在电枢上加上阶跃控制电压时，电动机转速随时间变化的规律，即n=f（t）

在不计电枢回路的电感时，由他励直流电动机的启动过渡过程可知

此时转速随时间变化的规律为：n=n L ［1-exp（-t/T m ）］式中，n L 为稳态转速

由负载的大小决定，T m 为机电时间常数。在理想空载状态下启动时，n L =n 0

则n=n 0 ［1-exp（-t/T m ）］由上式可以看出，过渡过程的快慢与机电时间常数T m 有关

T m 越小，伺服电动机的响应越快

T m 是伺服电动机的一项重要性能指标，空载时在电枢上加上阶跃控制电压

经过3T m 时，电动机的转速可从零上升到稳定转速的95%

直流伺服电动机的T m 值与电枢结构密切相关

一般圆柱形电枢，T m =35～150ms；杯形电枢，T m =15～20ms；盘形电枢，T m =5～20ms