2.4　直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性

2.4.1　直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指當(dāng)電樞電壓Ua=常值、氣隙每極磁通量Φ=常值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩Te之間的關(guān)系曲線，即n=f（Te）。在直流伺服電動(dòng)機(jī)的諸多特性中，機(jī)械特性是最重要的特性。它是選用直流伺服電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。

直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程與直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程基本相同，即

式中，Ua為電樞電壓；Ra為電樞回路總電阻；n為轉(zhuǎn)速；Φ為每極磁通；Ce為電動(dòng)勢常數(shù)；CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Te為電磁轉(zhuǎn)矩。）稱為直流伺服電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速；）稱為直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的斜率。

因?yàn)橹绷魉欧妱?dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程為一直線方程，所以其機(jī)械特性為一條直線，如圖2-13所示。顯然，只要找到直線上的兩個(gè)點(diǎn)，便可繪制出該機(jī)械特性的直線。

從圖2-13中可以看出，直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是線性的。該機(jī)械特性曲線上有兩個(gè)特殊點(diǎn)，現(xiàn)分述如下：

（1）理想空載點(diǎn)（0，n0）

由直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線和機(jī)械特性方程可知，n0是機(jī)械特性曲線與縱軸的交點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩Te=0時(shí)的轉(zhuǎn)速，即

在實(shí)際的電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上不帶負(fù)載時(shí)，因?yàn)樗旧碛锌蛰d損耗所引起的空載阻轉(zhuǎn)矩。因此，即使空載（即負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=0）時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也不為零，只有在理想條件下，即電動(dòng)機(jī)本身沒有空載損耗時(shí)，才可能有Te=0，所以對應(yīng)于Te=0時(shí)的轉(zhuǎn)速n0稱為理想空載轉(zhuǎn)速。

（2）堵轉(zhuǎn)點(diǎn)（Tk，0）

由直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線和機(jī)械特性方程可知，Tk是機(jī)械特性曲線與橫軸的交點(diǎn)，即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=0時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩，即

Tk是電動(dòng)機(jī)處在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩。

稱為直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的斜率。k前面的負(fù)號表示直線是下傾的。k的大小可用Δn/ΔT表示，如圖2-13所示。因此k的大小表示電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩變化所引起的轉(zhuǎn)速變化程度。斜率k大，則對應(yīng)于同樣的轉(zhuǎn)矩變化，轉(zhuǎn)速變化大，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性軟。反之斜率k小，則對應(yīng)于同樣的轉(zhuǎn)矩變化，轉(zhuǎn)速變化小，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性硬。

以上討論的是在電樞電壓為常值時(shí)，直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。改變電樞電壓Ua，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性就發(fā)生變化。由機(jī)械特性方程可知，電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速n0隨電樞電壓Ua成正比變化，但是，機(jī)械特性的斜率k與電樞電壓Ua無關(guān)，k即保持不變。所以，對應(yīng)于不同的電樞電壓，可以得到一組相互平行的機(jī)械特性曲線，如圖2-14所示。隨著電樞電壓的降低，機(jī)械特性曲線平行地向原點(diǎn)移動(dòng)，但機(jī)械特性曲線的斜率不變，即機(jī)械特性的硬度不變。這是電樞控制的優(yōu)點(diǎn)之一。

2.4.2　直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性

直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL恒定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的關(guān)系，即n=f（Ua）。

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL保持不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的總阻轉(zhuǎn)矩Ts=TL+T0（式中T0為電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩）也不變，因此電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，其電磁轉(zhuǎn)矩Te=Ts為常數(shù)。

由機(jī)械特性方程可得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與控制電壓Ua的關(guān)系為

對應(yīng)的直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性如圖2-15所示，它們也是一組平行的直線。直線的斜率為），它與負(fù)載的大小無關(guān)，僅由直流伺服電動(dòng)機(jī)的參數(shù)決定。

由圖2-15可知，這些調(diào)節(jié)特性曲線與橫軸的交點(diǎn)，就表示在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)電動(dòng)機(jī)的始動(dòng)電壓。若負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的控制電壓大于相對應(yīng)的始動(dòng)電壓，它便能轉(zhuǎn)動(dòng)起來并達(dá)到某一轉(zhuǎn)速；反之，控制電壓小于相對應(yīng)的始動(dòng)電壓，則電動(dòng)機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)就不能啟動(dòng)。所以，調(diào)節(jié)特性曲線的橫坐標(biāo)從零到始動(dòng)電壓的這一范圍稱為在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)伺服電動(dòng)機(jī)的失靈區(qū)。顯然，失靈區(qū)的大小是與負(fù)載轉(zhuǎn)矩成正比的。

由以上分析可知，電樞控制時(shí)直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都是一組平行的直線。這是直流伺服電動(dòng)機(jī)很可貴的特點(diǎn)，也是交流伺服電動(dòng)機(jī)所不及的。但是上述的結(jié)論是在假設(shè)電動(dòng)機(jī)的磁路為不飽和及忽略電樞反應(yīng)的前提下才得到的，實(shí)際的直流伺服電動(dòng)機(jī)的特性曲線只是一組接近直線的曲線。