伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理.doc

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1、伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2009年10月13日伺服電動機也稱執(zhí)行電動機，是伺服系統(tǒng)中的重要元件，它具有一種服從控制信號的要求而動作的職能。在控制信號來到之后電動機轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速隨控制信號變化而變化；當(dāng)控制信號消失，轉(zhuǎn)子能即時自行停轉(zhuǎn)。由于這種“伺服”的性能，因而得名。伺服電動機輸入的電壓控制信號稱為控制電壓，用uC表示；改變控制電壓UC可以改變伺服電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。伺服電動機可分為交流伺服電動機和直流伺服電動機兩大類：直流伺服電動機通常用在功率稍大的系統(tǒng)中，其輸出功率一般為1～600W，有的也可達數(shù)千瓦；交流伺服電動機輸出功率一般為O．1～100w，其中最常用的在．30W以下。伺

2、服電動機種類多、用途廣，伺服控制系統(tǒng)對伺服電動機的基本要求有如下幾點：①要有寬廣的調(diào)速范圍；②靈敏度高，即起動要快，對控制信號的反應(yīng)靈敏；③具有線性的機械待性和調(diào)節(jié)特性；④無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，即當(dāng)控制電壓為零時，電動機應(yīng)能迅速自動停轉(zhuǎn)。1直流伺服電動機直流伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理與一般直流電動機相類似。為了適應(yīng)各種不同伺服系統(tǒng)的需要，直流伺服電動機從結(jié)構(gòu)上作了許多改進，如無槽電樞伺服電動機；空心杯形電樞伺服電動機；無刷直流執(zhí)行伺服電動機；扁平形結(jié)構(gòu)的直流力矩電動機等。這些類型的電動機具有轉(zhuǎn)動慣量小、機電時間常數(shù)小、對控制信號響應(yīng)速度快、低速運行特性好等特點，直流伺服電動機既可采用電樞控制，

3、也可采用磁場控制，但一般多采用電樞控制。電樞控制時，其控制電路如圖6—11所示。圖中將勵磁繞組接于恒定電壓uf，控制電壓UC．接到伺服電動機電樞兩端。直流伺服電動機的機械特性同一般他勵直流電動機的機械特性相同，也用下式表示：圖612是直流伺服電動機不同控制電壓下(uc為額定控制電壓)的機械特性曲線n=f(T)。由圖中可見：在一定的負載轉(zhuǎn)矩下，當(dāng)勵磁不變時，調(diào)節(jié)電樞電壓uc，就可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)控制電壓uc=o時，電動機立即停轉(zhuǎn)。要電動機反轉(zhuǎn)，可改變電樞電壓uc的極性。直流伺服電動機的主要優(yōu)點如下：1)體積小、重量輕、效率高，一般適用于功率較大的系統(tǒng)。2)電樞控制時的機械特性和調(diào)節(jié)特性都

4、是斜率不變的平行直線族。3)起動轉(zhuǎn)矩大。4)調(diào)速范圍廣，從每分鐘幾十轉(zhuǎn)到數(shù)千轉(zhuǎn)。主要缺點是：1)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，電刷和換向器需經(jīng)常維護。2)換向產(chǎn)生的火花，帶來電磁干擾。3)其控制信號來自直流放大器，因而直流放大器的零點漂移會影響系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。2．交流伺服電動機1)交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)與特點交流伺服電動機分籠型轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子(杯形轉(zhuǎn)子可視為無數(shù)條并聯(lián)的導(dǎo)體條組成)兩類結(jié)構(gòu)，其工作原理與兩相異步電動機相同。在定子鐵心中嵌有兩相繞組，彼此軸線在空間相差90°，其中一相繞組稱為勵磁繞組，連接交流勵磁電壓uf另一相稱為控制繞組，外接控制信號電壓uc?？刂齐妷簎c的大小和相位隨偏差信號的變化而改變。

5、交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)與特點見表6-1。勵磁電壓uf與控制電壓uc的頻率相等，但在相位上相差90°圖6—13是交流伺服電機的工作原理圖，圖中uf是交流勵磁電壓，uc是控制電壓。(2)交流伺服電動機的控制原理和控制特性由于勵磁電壓uf與控制電壓uc的頻率相等，但在相位上相差90°，所以在其兩個繞組分別通入兩個相位相差90°的電流if和ie因而產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場(見第1章單相電動機～節(jié)的內(nèi)容)，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，電動機的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。當(dāng)調(diào)節(jié)控制電壓uc的大小時，則轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨之變化?？刂齐妷焊撸妱訖C旋轉(zhuǎn)得快，控制電壓低，電動機旋轉(zhuǎn)得慢。當(dāng)控制電壓反相時，旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子也都反轉(zhuǎn)。由此控制電動機的轉(zhuǎn)

6、速和轉(zhuǎn)向。在運行時如果控制電壓變?yōu)榱?，電動機就立即停轉(zhuǎn)。這是交流伺服電動機的特點，也是我們所要求的。圖6-14是交流伺服電動機在不同控制電壓下的機械特性曲線，Uc為額定控制電壓的有效值。由圖可見：在一定負載轉(zhuǎn)矩下，控制電壓越高，則電動機的轉(zhuǎn)速越高；在一定的控制電壓下，負載增加，轉(zhuǎn)速下降。此外，由于轉(zhuǎn)子電阻較大，機械特性曲線陡降較快，特性很軟，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。伺服電動機的電源頻率有50Hz和400Hz之分。同直流伺服電動機相比，交流伺服電動機有如下缺點：1)體積大，重量重，動態(tài)響應(yīng)差，效率低。2)機械特性非線性，導(dǎo)致系統(tǒng)的動態(tài)精度低。3)若參數(shù)選擇不當(dāng)，或制造工藝不良，都會使電動機在單相狀態(tài)

7、下產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而直流伺服電動機則無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。