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1、根據(jù)磁場產(chǎn)生方式分：他勵式、永磁式、并勵式、串勵式和復(fù)勵式五種。 結(jié)構(gòu)上：有一般電樞式、無槽電樞式、印刷電樞式、繞線盤式和空心杯電樞式等。 為避免電刷換向器的接觸，有無刷直流伺服電機(jī)。 根據(jù)控制方式分：磁場控制方式、電樞控制方式。,,,6.3.1 直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,在數(shù)控機(jī)床中，進(jìn)給系統(tǒng)常用的直流伺服電機(jī)有： 1．小慣性直流伺服電機(jī) 因轉(zhuǎn)動慣量小而得名。這類電機(jī)一般為永磁式。 小慣量直流電機(jī)最大限度地減小電樞的轉(zhuǎn)動慣量，所以能獲得最快的響應(yīng)速度。在早期的數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用得比較多。,,,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,2．大慣量寬調(diào)速直流伺服電機(jī)（直流力
2、矩電機(jī)） 轉(zhuǎn)子直徑較大，線圈繞組匝數(shù)增加，力矩大，轉(zhuǎn)動慣量大，能在較大過載轉(zhuǎn)矩時長時間工作，因此可直接與絲杠相連，不需中間傳動裝置。 沒有勵磁回路的損耗，外型尺寸比類似的其他直流伺服電機(jī)小。 特點(diǎn)：能在較低轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，最低可達(dá)1r／min，甚至0.1r／min。數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用廣泛。,,,,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,,,,3．無刷直流伺服電機(jī)（無整流子電機(jī)） 沒有換向器，由同步電機(jī)和逆變器組成，逆變器由裝在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子位置傳感器控制。 實質(zhì)是一種交流調(diào)速電機(jī)，調(diào)速性能可達(dá)到直流伺服發(fā)電機(jī)的水平，又取消了換向裝置和電刷部件，提高了電機(jī)使用壽命。,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,6
3、.3.2直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理與方法 組成：磁極（定子）、電樞（轉(zhuǎn)子）、電刷與換向片 他勵式直流伺服電機(jī)工作原理： 直流電源接在兩電刷間，電流通入電樞線圈，切割磁力線，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。,,,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,,,,,,,CE—電動勢常數(shù) CT——轉(zhuǎn)矩常數(shù) n—電機(jī)轉(zhuǎn)速 n0－電機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速,,,他勵式直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式,Ra—電機(jī)電樞回路總電阻 Tm—電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 Ua—電機(jī)電樞端電壓 ф —勵磁磁通 Ea—電樞繞組感應(yīng)電動勢,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm= 0,則有,直流電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系稱機(jī)械特性,,,,,,,,,,,機(jī)械特性是電機(jī)的靜態(tài)特性，是穩(wěn)定
4、運(yùn)行時帶動負(fù)載的性能，此時，電磁轉(zhuǎn)矩與外負(fù)載相等。 電機(jī)轉(zhuǎn)速與理想轉(zhuǎn)速的差Δn，反映了電機(jī)機(jī)械特性硬度，Δn越小，機(jī)械特性越硬。,n0,直流電機(jī)的基本調(diào)速方式有三種:調(diào)節(jié)電阻Ra、調(diào)節(jié)電樞電壓Ua和調(diào)節(jié)磁通Φ的值。,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,電樞電阻調(diào)速不經(jīng)濟(jì)，調(diào)速范圍有限，很少采用。 調(diào)節(jié)電樞電壓（調(diào)壓調(diào)速）時，直流電機(jī)機(jī)械特性為一組平行線，只改變電機(jī)的理想轉(zhuǎn)速n0 ，保持了原有較硬的機(jī)械特性，所以調(diào)壓調(diào)速主要用于伺服進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)的調(diào)速,,,,,,,,,,如果Δn值較大，不可能實現(xiàn)寬范圍的調(diào)速。永磁式直流伺服電機(jī)的Δn值較小，因此，進(jìn)給系統(tǒng)常采用永磁式直流電機(jī)。,6.3 直流伺服
5、電機(jī)及其速度控制,,,,,,,,,調(diào)節(jié)磁通（調(diào)磁調(diào)速）不但改變了電機(jī)的理想轉(zhuǎn)速，而且使直流電機(jī)機(jī)械特性變軟，所以調(diào)磁調(diào)速主要用于機(jī)床主軸電機(jī)調(diào)速。,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,,,,,,,,,6.3.3 直流伺服電機(jī)速度控制單元的調(diào)速控制方式 直流電機(jī)速度控制單元常采用的調(diào)速方法： 晶閘管（可控硅）調(diào)速系統(tǒng) 晶體管脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)速系統(tǒng)。,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,1．晶閘管調(diào)速系統(tǒng),,,,,,,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,,,,,,直流雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng),6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,,,,,,,,,,,,主回路：二組反并接， 分別實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),原理：三相整流器，由二
6、個半波整流電路組成。每部分內(nèi)又分成共陰極組（11、13、15）和共陽極組（12、14、16）。為構(gòu)成回路，共陰極組和共陽極組中必須各有一個可控硅同時導(dǎo)通。只要改變可控硅觸發(fā)角（即改變導(dǎo)通角），就能改變可控硅的整流輸出電壓，從而改變直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,2．PWM調(diào)速控制系統(tǒng) 控制電路簡單，不需附加關(guān)斷電路，開關(guān)特性好。 廣泛應(yīng)用中、小功率直流伺服系統(tǒng),,,,,,,,,,,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,,,,,,,,,直流電機(jī)電壓的平均值:,,T—脈沖周期， Ton—導(dǎo)通時間,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,,,,,,,,,脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)組成：,6
7、.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,,,,,,,,脈寬調(diào)制器 作用：將電壓量轉(zhuǎn)換成可由控制信號調(diào)節(jié)的矩形脈沖，為功率晶體管的基極提供一個寬度可由速度指令信號調(diào)節(jié)的脈寬電壓。 組成：調(diào)制信號發(fā)生器（三角波和鋸齒波兩種）和比較放大器。 原理：以三角波發(fā)生器為例介紹,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,,,,,,USr –速度指令轉(zhuǎn)化過 來的直流電壓 U△- 三角波 USC- 脈寬調(diào)制器的輸出（US r+U△） 調(diào)制波形圖,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,,,,,,,,開關(guān)功率放大器 是脈寬調(diào)制速度單元的主回路 結(jié)構(gòu)：有兩種形式：H型（橋式）、T型。每種電路又有單極性工作方式和雙極性工作方式，各種不同
8、的工作方式又可組成可逆開關(guān)放大電路和不可逆開關(guān)放大電路 。 可逆H型雙極式PWM開關(guān)功率放大器為例,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,,,,可逆H型雙極式PWM開關(guān)功率放大器,6.3 直流伺服電機(jī)及其速度控制,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,US,A,B,D1,D2,D3,D4,M,T1,T2,T4,T3,,,,,,,,,,,,Ud UAB,,,,,,,,,,,,,電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止： 由正、負(fù)驅(qū)動電壓脈沖寬窄定。 當(dāng)正脈沖較寬時，即t1>T/2，平均電壓為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)； 當(dāng)正脈沖較窄時，t1
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