伺服電動機的基本結構和工作原理

1、伺服電動機的基本結構和工作原理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子立即轉動，轉速隨控制信號變化而變化；當控制信號消失，轉子能即時自行停轉。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速和轉向。 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1600W，有的也可達數(shù)千瓦；交流伺服電動機輸出功率一般為O1100w，其中最常用的在30W以下。 伺服電

2、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：要有寬廣的調速范圍；靈敏度高，即起動要快，對控制信號的反應靈敏；具有線性的機械待性和調節(jié)特性；無“自轉”現(xiàn)象，即當控制電壓為零時，電動機應能迅速自動停轉。 1直流伺服電動機 直流伺服電動機的基本結構及工作原理與一般直流電動機相類似。為了適應各種不同伺服系統(tǒng)的需要，直流伺服電動機從結構上作了許多改進，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；扁平形結構的直流力矩電動機等。這些類型的電動機具有轉動慣量小、機電時間常數(shù)小、對控制信號響應速度快、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，也可采用

3、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611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6 12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：在一定的負載轉矩下，當勵磁不變時，調節(jié)電樞電壓uc，就可以調節(jié)電動機的轉速。當控制電壓uc=o時，電動機立即停轉。要電動機反轉，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節(jié)特性都是

4、斜率不變的平行直線族。 3)起動轉矩大。 4)調速范圍廣，從每分鐘幾十轉到數(shù)千轉。 主要缺點是： 1)結構較復雜，電刷和換向器需經常維護。 2)換向產生的火花，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構與特點 交流伺服電動機分籠型轉子和杯形轉子(杯形轉子可視為無數(shù)條并聯(lián)的導體條組成)兩類結構，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。控制電壓uc的大小和相位隨

5、偏差信號的變化而改變。交流伺服電動機的結構與特點見表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613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因而產生了旋轉磁場(見第1章單相電動機節(jié)的內容)，在旋轉磁場的作用下，電動機的轉子便轉動起來。 當調節(jié)控制電壓uc的大小時，則轉子的轉速隨之變化?？刂齐妷焊?，電動機旋轉得快，控制電壓低，電動機旋轉得慢。當控制電壓反相時，旋轉磁場和轉子也都反轉。由此控制電動機的轉速和轉向。 在運行時如果控制電壓變?yōu)榱?，電動機就立即停轉。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：在一定負載轉矩下，控制電壓越高，則電動機的轉速越高；在一定的控制電壓下，負載增加，轉速下降。此外，由于轉子電阻較大，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