直流伺服电动机的特性分析

直流伺服电动机采用电枢电压控制时的电枢等效电路如图1所示。 图1 电枢等效电路 当电动机处于稳态运行时，回路中的电流Ia保持不变，则电枢回路中的电压平衡方程式为 Ea=Ua-IaRa (6-1) 式中，Ea是电枢反电动势； Ua是电枢电压；Ia是电枢电流；Ra是电枢电阻。 转子在磁场中以角速度ω切割磁力线时，电枢反电动势Ea与角速度ω之间存在如下关系： Ea=CeΦω (6-2) 式中，Ce是电动势常数，仅与电动机结构有关；Φ是定子磁场中每极的气隙磁通量。 由式（6-1）、式（6-2）得 Ua-IaRa=CeΦω（6-3） 此外，电枢电流切割磁场磁力线所产生的电磁转矩Tm可由下式表达: Tm=CmΦIa 则 Tm=CmΦIn 式中，Cm是转矩常数，仅与电动机结构有关。 将式（6-4）代入式（6-3）并整理，可得到直流伺服电动机运行特性的一般表达式 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。 图2 直流伺服电动机的机械特性
图3 直流伺服电动机的调节特性 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。