直流伺服电动机的基本类型分类与直流伺服电动机的特性分析

由此可以得出空载（ Tm＝0，转子惯量忽略不计）和电机启动（ω＝0）时的电机特性：

　　（1）当Tm＝0时，有

　　（2）当ω＝0时，有

　　式中，Td称为启动瞬时转矩，其值也与电枢电压成正比。?

　　如果把角速度ω看作是电磁转矩Tm的函数，即ω=f（Tm），则可得到直流伺服电动机的机械特性表达式为

　　如果把角速度ω看作是电枢电压Ua的函数，即ω=f（Ua），则可得到直流伺服电动机的调节特性表达式

　　根据式（6-8）和式（6-9），给定不同的Ua值和Tm值，可分别绘出直流伺服电动机的机械特性曲线和调节特性曲线如图2、图3所示。

　　由图2可见，直流伺服电动机的机械特性是一组斜率相同的直线簇。每条机械特性和一种电枢电压相对应，与ω轴的交点是该电枢电压下的理想空载角速度，与Tm轴的交点则是该电枢电压下的启动转矩。

　　由图3可见，直流伺服电动机的调节特性也是一组斜率相同的直线簇。每条调节特性和一种电磁转矩相对应，与Ua轴的交点是启动时的电枢电压。?

　　从图中还可看出，调节特性的斜率为正，说明在一定的负载下，电动机转速随电枢电压的增加而增加；而机械特性的斜率为负，说明在电枢电压不变时，电动机转速随负载转矩增加而降低。

　　影响直流伺服电动机特性的因素

　　对直流伺服电动机特性的分析是在理想条件下进行的，实际上电动机的驱动电路、电动机内部的摩擦及负载的变动等因素都对直流伺服电动机的特性有着不容忽略的影响。

　　（ 1 ）驱动电路对机械特性的影响

　　直流伺服电动机是由驱动电路供电的，假设驱动电路的内阻是Ri，加在电枢绕组两端的控制电压是Uc，则可画出如图1所示的电枢等效回路。在这个电枢等效回路中，电压平衡方程式为

　　Ea=Uc-Ia（Ra+Ri） （6-10）

　　于是在考虑了驱动电路的影响后，直流伺服电动机的机械特性表达式变成

　　由于驱动电路内阻Ri的存在而使机械特性曲线变陡了，图1给出了驱动电路内阻影响下的机械特性。

　　如果直流伺服电动机的机械特性较平缓，则当负载转矩变化时，相应的转速变化较小，这时称直流伺服电动机的机械特性较硬。反之，如果机械特性较陡，当负载转矩变化时，相应的转速变化就较大，则称其机械特性较软。显然，机械特性越硬，电动机的负载能力越强；机械特性越软，负载能力越低。毫无疑问，对直流伺服电动机应用来说，其机械特性越硬越好。由图1可知，由于功放电路内阻的存在而使电动机的机械特性变软了，这种影响是不利的，因而在设计直流伺服电动机功放电路时，应设法减小其内阻。

　　（2） 直流伺服电动机内部的摩擦对调节特性的影响

　　由图1可知，直流伺服电动机在理想空载时（即Tm1=0），其调节特性曲线从原点开始。但实际上直流伺服电动机内部存在摩擦（如转子与轴承间的摩擦等），直流伺服电动机在启动时需要克服一定的摩擦转矩，因此启动时电枢电压不可能为零。这个不为零的电压称为启动电压，用Ub表示，如图2所示。

　　（3） 负载变化对调节特性的影响

　　由式（6-5）知，在负载转矩TL不变的条件下，直流伺服电动机角速度与电枢电压成线性关系。但在实际伺服系统中，经常会遇到负载随转速变动的情况，如粘性摩擦阻力是随转速增加而增加的，数控机床切削加工过程中的切削力也是随进给速度变化而变化的。这时由于负载的变动将导致调节特性的非线性，如图2所示。可见，由于负载变动的影响，当电枢电压Ua增加时，直流伺服电动机角速度ω的变化率越来越小，这一点在变负载控制时应格外注意。