第2章直流伺服電動機伺服電動機又稱執行電動機，它能把接受的電壓信號轉換為電動機轉軸上的機械角位移或角速度的變化，具有服從控制信號的要求而動作的功能：在信號來到之前，轉子靜止不動；信號來到之后，轉子立即轉動；當信號消失，轉子即停轉。由于這種“伺服”的性能因此命名。

按伺服電動機的控制電壓來分，伺服電動機可分為直流伺服電動機和交流伺服電動機兩大類。直流伺服電動機的輸出功率可達數百瓦，主要用于功率較大的控制系統。交流伺服電動機的輸出功率較小，一般為幾十瓦，主要用于功率較小的控制系統。自動控制系統對伺服電動機的基本要求是：

(1)寬廣的調速范圍，機械特性和調節特性均為線性。

(2)快速響應性能好，即機電時間常數要小，在控制信號變化時，能迅速地從一種狀態過渡到另一種狀態。

(3)靈敏度要高，即在很小的控制電壓信號作用下，伺服電動機就能起動運轉。

(4)無自轉現象。所謂自轉現象就是轉動中的伺服電動機在控制電壓為零時繼續轉動的現象；無自轉現象就是控制電壓降到零時，伺服電動機自行停轉。2.1直流電動機的基本工作原理2.1直流電動機的基本工作原理通電導體在磁場中會受到電磁力的作用U→i→F、F’→n受力方向：左手定則（電動機左手定則）

載流導體在磁場中的安倍力磁場對場中的載流導體施加的力稱為安倍力

df=i?dl×B

在均勻磁場中，若iB，導體長l，則

f=B?l?if的方向用左手定則確定。2.1

基本工作原理

直流電動機中換向器的作用

當導體元件邊從一個極下轉到另一個極下時，因電刷位置不變，從而改變元件邊的電流方向，使直流電源通過靜止的電刷與隨電樞轉動的換向器的滑動接觸，把外部的直流電源轉換成電樞中的交流電保證同一磁極下導體流過電流其方向不變，從而產生固定方向的電樞轉矩2.2

主要結構2.2

主要結構2.2

主要結構換向器2.2

主要結構2.2

主要結構2.2.B磁路歐姆定律電路歐姆定律磁路歐姆定律E+-IR1R2FΦRmRmδEFIΦRRm2.3符號與勵磁方式直流電動機符號：2.3符號與勵磁方式直流電動機按勵磁方式（即獲得磁通Φ的方式）可分為M他勵式M并勵式M串勵式M復勵式永磁式M2.4

直流電機的電樞繞組電樞繞組是直流電機的核心部分，在電機的機電能量轉換過程中起著重要的作用。電樞繞組是由多個形狀相同的繞組元件以一定的規律連接起來的，Ny代表元件的匝數。一個元件不論匝數多少，線圈只有兩根引出端，首端和尾端。2.4

直流電機的電樞繞組各元件通過換向片彼此連接，一個元件的首端和另一個元件尾端接在同一個換向片上。可見元件數S等于換向片數K。S=K2.4

直流電機的電樞繞組2.2

主要結構2.4

單疊繞組1.節距（1）第一節距y1：元件兩條邊的距離，以槽數計，總是整數。（2）合成節距y和換向器節距yk：通常用換向片數來表示。單疊繞組y=yk=1。（3）第二節距y2：

y2=y1-y2.

單疊繞組的展開圖1.數據計算：y＝yk＝1y1=τ=Z/2p=4計算數據y和y1畫繞組展開圖安放電刷和磁極極距τ：在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離。用槽數表示。實例：P＝2，Z＝S＝K＝16y=yk=1y2=y1-y=32.

單疊繞組的展開圖

電刷\磁鋼與繞組的相互關系:

被電刷短路的繞組元件邊所處的位置----被短路元件中的感應電動勢為最小.方法:1、畫出繞組；

2、確定磁鋼的位置；

3、確定電刷的位置。3.

單疊繞組元件連接次序56789101112131415161234123456789101112131415161

整個繞組是一個閉合繞組上層元件邊下層元件邊y1yy24.

單疊繞組的并聯支路圖1)每個極下的元件組成一條支路,并聯支路對數a等于極對數p:a=p2)正負電刷間元件產生的轉矩最大，被電刷短路的元件里感應的電動勢最小。2.5

電磁轉矩與轉矩平衡方程電磁關系2.5.1

電磁轉矩一根導體所受的平均電磁力一根導體所受的平均電磁轉矩總電磁轉矩（Z：總導體數）2.5.2

電磁轉矩電樞總電磁轉矩Ct為轉矩常數2.5.2

轉矩平衡方程

EanTLTIaIfUf電動機慣例U穩定時升速減速2.6

電樞電動勢與電壓平衡方程2.6.1電樞電動勢直流電機正、負電刷之間感應的電動勢，也是電樞繞組每個支路里的感應電動勢。一根導體的平均電動勢2.6

電樞電動勢與電壓平衡方程當電刷放在磁場幾何中線上（沒有被短路繞組），電樞電動勢z—總導體數,Ce—電勢常數比較得：Ct=9.55Ce2.6

電樞電動勢與電壓平衡方程2.6.2電壓平衡方程2.6

電樞電動勢與電壓平衡方程2.6.3過渡過程2.7他勵直流伺服電動機的穩定性方法：看某一工作點（轉速）的上下區間的轉速變化趨勢：是離開（發散）該工作點還是接近（收斂）該工作點？能---------收斂---------穩定不能------發散---------不穩定

收斂/穩定發散/不穩定2.8

直流伺服電動機的使用2.8.1額定值正常使用的允許值2.8

直流伺服電動機的使用2.8.2直流伺服電動機的起動對起動性能的要求:(1)起動時,電磁轉矩要大(足夠大)(2)起動時,電樞電流不能太大(減少對電網的沖擊)

一般，起動電流控制在1.5~2倍的2.8

直流伺服電動機的使用啟動方法（1）電樞電路串起動電阻，逐級切除（2）用調壓電源注：自動控制系統中使用的功率為幾百瓦，可直接起動2.8

直流伺服電動機的使用EanTLTIaIfUfUR2.8.3機械特性n=f(T)為理想空載轉速為機械特性的斜率2.8

直流伺服電動機的使用當U=UN，Φ=ΦN

，R=0，固有機械特性0nTn0nNIN特點：1）當T=0時，n0=UN/CeΦN為理想空載轉速，此時，Ia=0，E=UN

；2）n=f(T)為下斜直線，T↑，n↓；2.8

直流伺服電動機的使用特點：3）Ra小，斜率

很小，硬特性；（大的特性稱為軟特性）4）?nN=n0-nN=TN額定轉速差。nN約0.95n0，?nN約0.05n0；5）n=0，電機啟動，Ia=UN/Ra=IS，TS=CtΦNIS，很大，約20倍的額定值。會燒壞換向器。6）T>TS，n<0。在第Ⅳ象限。7）T<0，n>n0。在第Ⅱ象限，發電機狀態。2.8

直流伺服電動機的使用2.8.4直流伺服電動機的調速方法1.改變電樞電壓ΦN，Ra不變，改變U。nn0T0UNn01-n0U1U=0U=-UN特點：1）T一定時，Δn不變，斜率不變，各條特性互相平行；2）n0與U成正比。2.8

直流伺服電動機的使用調速的物理過程分析e點----電機進入發電狀態2.8

直流伺服電動機的使用例：某直流電動機，如電源電壓降一半，負載不變，求：轉速降到原來的幾分之幾？解：2.8

直流伺服電動機的使用2.電樞回路串電阻UN，ΦN不變，電樞回路串R。n0Tn0RaR1<R2Ra+R1Ra+R2固有人為特點：n0不變，Rad增大，⊿n增大，特性變軟。若T為常數，⊿n（Ra+R）2.8

直流伺服電動機的使用調速的物理過程分析注：該方法的實質還是改變加于電樞的電壓來改變電樞電流，實現對電機的調速2.8

直流伺服電動機的使用例：某直流電動機，如負載不變，設：求：解：2.8

直流伺服電動機的使用3.減小氣隙磁通量UN，Ra不變，減小Φn0T0ΦNΦ1n1Φ1<ΦNn特點：n0將增高，Δn也要變大，機械特性變軟。2.8

直流伺服電動機的使用調速的物理過程分析2.8

直流伺服電動機的使用例：某直流電動機，如減少10%，負負載不變，求：？解：2.8

直流伺服電動機的使用小結：2.8

直流伺服電動機的使用注意：運行中勵磁回路切勿開路如勵磁回路開路，很小2.8

直流伺服電動機的使用2.8.5

改變直流電動機旋轉方向方法：勵磁磁場方向/電樞電流方向

二者改變其一或2.9

直流伺服電動機的靜態特性2.9.1

機械特性n=f(T)參考方向第一象限第二象限第三象限第四象限2.9

直流伺服電動機的靜態特性****①⑥AE0

能耗制動2.9

直流伺服電動機的靜態特性討論：*①②ACC“AC---C”發電狀態制動2.9

直流伺服電動機的靜態特性**