（1）直流伺服電機的特性及選用

? ? ? ?直流伺服電機通過電刷和換向器產生的整流作用，使磁場磁動勢和電樞電流磁動勢正交，從而產生轉矩。其電樞大多為永久磁鐵。

? ? ? ?直流伺服電機具有較高的響應速度、精度和頻率，優良的控制特性等優點。但由于使用電刷和換向器，故壽命較低，需要定期維修。

? ? ? ?60 年代研制出了小慣量直流伺服電機，其電樞無槽，繞組直接粘接固定在電樞鐵心上，因而轉動慣量小、反應靈敏、動態特性好，適用于高速且負載慣量較小的場合，否則需根據其具體的慣量比設置精密齒輪副才能與負載慣量匹配，增加了成本。

? ? ? ?直流印刷電樞電動機是一種盤形伺服電機，電樞由導電板的切口成形，導體的線圈端部起換向器作用，這種空心式高性能伺服電機大多用于工業機器人、小型 NC 機床及線切割機床上。

? ? ? ?寬調速直流伺服電機的結構特點是勵磁便于調整，易于安排補償繞組和換向極，電動機的換向性能得到改善，成本低，可以在較寬的速度范圍內得到恒轉速特性。永久磁鐵的寬調速直流伺服電機的結構。有不帶制動器 a 和帶制動器 b 兩種結構。

? ? ? ?電動機定子(磁鋼)1 采用矯頑力高、不易去磁的永磁材料(如鐵氧體永久磁鐵)、轉子(電樞)2 直徑大并且有槽，因而熱容量大，結構上又采用了通常凸極式和隱極式永磁電動機磁路的組合，提高了電動機氣隙磁通密度。同時，在電動機尾部裝有高精密低紋波的測速發電機，并可加裝光電編碼器或旋轉變壓器及制動器，為速度環提供了較高的增量，能獲得優良的低速剛度和動態性能。

? ? ? ?日本發那科(FANUC)公司生產的用于工業機器人、CNC 機床、加工中心(MC)的 L 系列(低慣量系列)、M 系列(中慣量系列)和 H 系列(大慣量系列直流伺服電機）。其中 L 系列適合于頻繁啟動、制動場合應用，M 系列是在 H 系列的基礎上發展起來的，其慣量較 H 系列小，適合于晶體管脈寬調制(PWM)驅動，因而提高了整個伺服系統的頻率響應。而 H 系列是大慣量控制用電動機，它有較大的輸出功率，采用六相全波晶閘管整流驅動。表中電動機型號帶有

? ? ? ?H 標志(如 30MH)的表示該電動機裝有熱管冷卻器，該電動機的有效尺寸與不帶熱管冷卻器的同型號的相同，但其額定轉矩大。

? ? ? ?寬調速直流伺服電機應根據負載條件來選擇。加在電動機軸上的有兩種負載，即負載轉矩和負載慣量。當選用電動機時，必須正確地計算負載，即必須確認電動機能滿足下列條件：

1）在整個調速范圍內，其負載轉矩應在電動機連續額定轉矩范圍以內；

2）工作負載與過載時間應在規定的范圍以內；

3）應使加速度與希望的時間常數一致。

? ? ? ?一般講，由于負載轉矩起減速作用，如果可能，加、減速應選取相同的時間常數。

? ? ? ?值得提出的是慣性負載值對電動機靈敏度和快速移動時間有很大影響。對于大的慣性負載，當指令速度變化時，電動機達到指令速度需要的時間長些。如果負載慣量達到轉子慣量的三倍，靈敏度要受到影響，當負載慣量比轉子慣量大三倍時響應時間將降低很多，而當慣量大大超過時，伺服放大器就不能在正常條件范圍內調整，必須避免使用這種慣性負載。

（2）直流伺服電機與驅動

? ? ? ?直流伺服電機為直流供電，為調節電動機轉速和方向,需要對其直流電壓的大小和方向進行控制。目前常用晶體管脈寬調速驅動和晶閘管直流調速驅動兩種方式。

? ? ? ?晶閘管直流驅動方式主要通過調節觸發裝置控制晶閘管的觸發延遲角(控制電壓的大小)來移動觸發脈沖的相位，從而改變整流電壓的大小，使直流電動機電樞電壓的變化易于平滑調速。由于晶閘管本身的工作原理和電源的特點，導通后是利用交流(50Hz)過零來關閉的，因此在低整流電壓時，其輸出是很小的尖峰值(三相全波時每秒 300 個)的平均值，從而造成電流的不連續性。而采用脈寬調速驅動系統，其開關頻率高(通常達 2000~3000Hz)，伺服機構能夠響應的頻帶范圍也較寬，與晶閘管相比，其輸出電流脈動非常小，接近于純直流。

（3）PWM 直流調速驅動系統原理

? ? ? ?為使電動機實現雙向調速，多采用下圖所示橋式電路，其工作原理與線性放大橋式電路相似。電橋由四個大功率晶體管 VT1~VT4 組成。如果在 VT1 和 VT3 的基極上加以正脈沖的同時，在 VT2 和 VT4 的基極上加負脈沖，這時 VT1 和 VT4 導通，VT2 和 VT4 截止，電流沿 +90V→c→VT1→d→M→b→VT3→a→0V 的路徑流通。設此時電動機的轉向為正向。反之，如果在晶體管 VT1 和 VT3 的基極上加負脈沖，在 VT2 和 VT4 的基極上加正脈沖，則 VT2 和

?

? ? ? ?VT4 導通，VT1 和 VT3 截止，電流沿+90V→c→VT2→b→M→d→VT4→a→0V 的路徑流通，電流的方向與前一情況相反，電動機反向旋轉。顯然，如果改變加到 VT1 和 VT3、VT2 和 VT4 這兩組管子基極上控制脈沖的正負和導通率，就可以改變電動機的轉向和轉速。

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