直流伺服电机与直流伺服电机原理-工控百科-直流伺服电机_闸机伺服电机

正如我们所知道的任何电动马达可被用作伺服马达如果它是由伺服机构控制。同样，如果我们通过伺服机构控制直流电机，则将其称为直流伺服电机。直流电机有多种类型，如并励直流电机、串联直流电机、他励直流电机、永磁直流电机、无刷直流电机等。其中以他励直流电机、永磁直流电机和无刷直流电机为主用作伺服。

他励直流伺服电机直流伺服电机原理

用作直流伺服电机的电机，通常有单独的直流电源用于励磁绕组和电枢绕组。控制可以通过控制励磁电流或电枢电流来存档。励磁控制比电枢控制有一些特定的优势，另一方面电枢控制也比励磁控制有一些特定的优势。直流伺服电机应采用哪种控制方式，取决于其具体应用。

让我们一一讨论直流伺服电机的磁场控制和电枢控制的工作原理。

场控直流伺服电机理论

下图说明了场控直流伺服电机的示意图。在这种布置中，直流电机的磁场被放大的误差信号激励，电枢绕组由恒流源激励。
直流伺服电机与直流伺服电机原理

磁场控制在磁化饱和曲线的拐点以下。在曲线的那部分，mmf 随励磁电流线性变化。这意味着直流电机中产生的扭矩与磁化饱和曲线拐点以下的励磁电流成正比。
直流伺服电机与直流伺服电机原理

由直流电动机的一般转矩方程可知，转矩T ∝ φI a。其中，φ 是场通量，I a是电枢电流。但在场控直流伺服电机中，电枢由恒流源激励，因此这里I a是恒定的。因此，T ∝ φ
由于该直流伺服电机的磁场是由放大的误差信号激励的，因此可以通过放大的误差信号来控制电机的扭矩，即电机的旋转。如果恒定电枢电流足够大，那么励磁电流的每一个微小变化都会引起电机轴上扭矩的相应变化。
旋转方向可以通过改变场的极性来改变。旋转方向也可以使用分励直流电机来改变，其中励磁绕组分为两部分，一半绕组顺时针方向缠绕，另一半绕组逆时针方向缠绕。放大的误差信号被馈送到这两个半场的连接点，如下所示。该磁场绕组的两半彼此相对。在电机运行期间，磁场强度的一半支配另一半，这取决于在这两半之间馈送的放大误差信号的值。因此，直流伺服电机根据放大的误差信号电压沿特定方向旋转。励磁控制直流伺服电机的主要缺点是，由于感应励磁电路的时间常数较长，因此对误差的动态响应较慢。场是一个电磁体，所以它基本上是一个高电感电路，因此由于误差信号电压的突然变化，根据场电路的时间常数，通过场的电流将在一定时间后达到其稳态值。这就是为什么场控直流伺服电机布置主要用于小型伺服电机应用。
使用励磁控制方案的主要优点是，由于电机是由励磁控制的，因此控制功率要求远低于电机的额定功率。

电枢控制直流伺服电机理论

下图为电枢控制直流伺服电机示意图。这里电枢由放大的误差信号激励，磁场由恒流源激励。
直流伺服电机与直流伺服电机原理
磁场在远远超出磁化饱和曲线的拐点处运行。在曲线的这一部分，对于磁化电流的巨大变化，电机磁场中的 mmf 变化非常小。这使得伺服电机对励磁电流的变化不太敏感。实际上对于电枢控制的直流伺服电机，我们不希望那样，电机应该响应励磁电流的任何变化。
直流伺服电机与直流伺服电机原理
同样，在饱和状态下，场通量最大。如前所述，直流电机的一般转矩方程为，转矩 T ∝ φI a. 现在如果 φ 足够大，对于电枢电流 I a 的每一个微小变化，电机转矩都会有一个显着的变化。这意味着伺服电机对电枢电流变得非常敏感。

由于直流电机的电枢电感较小，电阻较大，因此电枢绕组的时间常数足够小。由于电枢电压的突然变化，这会导致电枢电流的快速变化。这就是为什么电枢控制直流伺服电机的动态响应比场控直流伺服电机快得多的原因。通过反转错误信号的极性，可以很容易地改变电机的旋转方向。

永磁直流伺服电机

在永磁直流电机的情况下，磁场控制是不可能的，因为这里的磁场是永磁体。这种情况下直流伺服电机的工作原理与电枢控制电机相似。

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