直流伺服电机及其调速系统

直流伺服电机与一般直流电机的基本原理是完全相同的，如图1所示，电机转子上的载流导体（即电枢绕组）在定子磁场中，受到电磁转矩M 的作用，使电机转子旋转。电磁转矩　
　
　　　　　　M=K_TI_a　　（1） 　
式中：K_r——电机的转矩系数（K_T=C_MФ）；
　　　I_a——电机电枢电流。
电枢转动后，因导体切割磁力线而产生反电势，其值为
　
　　　　　 E_a=K_en 　　（2）
　
式中：K_e——电机的转矩系数 　　 　　 　　 　　（K_e=C_eФ）；
　　　n——电枢的转速（r/min）。
或反电势为
　 　　　 E_a=K_e60/2=K_e'w（3）
　
式中，K_e'——电势系数（K_e'=60K_e/2p）
　　　ω——电枢的角速度（rad/s）。
作用在电枢的电压U 应等于反电势与电枢电压降之和，即 　
　　　　 （4）　
　
式中，R_a--电枢电阻。
　　上式就是电机的电压平衡方程。由式（2）和式（4）有
　
　　　　（5）
　
由上式可知，调节电机的转速有三种方法。
　 改变电枢电压U；
　 改变磁通量Φ，即改变k_e的值。改变激磁回路的电阻R_j以改变激磁电流I_j，可以达到改变磁通量Φ的目的；
　 在电枢回路中串联调节电阻R_j，此时，转速的计算公式变为
　　　 　　（6）
　　调节激磁回路电阻的方法，虽然容易控制，但激磁回路的电感大，因此，电气时间常数较大，调速的快速性较差。而且激磁回路串接电阻只能使激磁电流减小，所以转速只能由额定转速向上调高。在电枢回路中串接电阻的办法，转速只能调低，而且电阻上的铜耗大，这种方法并不经济。磁通量与电枢电阻固定不变，改变电枢电压的调速方法，一般都由电枢的额定电压向下调低，使电机转速由额定转速向下调低。尽管需要附加调压设备，但是它的调速范围大，所以直流伺服电机常用这种方法调速。