什么是伺服電動(dòng)機(jī)-伺服電動(dòng)機(jī)工作原理.docx

1、什么是伺服電動(dòng)機(jī)?伺服電動(dòng)機(jī)工作原理伺服電動(dòng)機(jī)又叫執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，或叫控制電動(dòng)機(jī)。在自動(dòng) 控制系統(tǒng)中，伺服電動(dòng)機(jī)是一個(gè)執(zhí)行元件，它的作用是把信 號(hào)（控制電壓或相位）變換成機(jī)械位移，也就是把接收到的 電信號(hào)變?yōu)殡姍C(jī)的一定轉(zhuǎn)速或角位移。其容量一般在 0. 1-100W,常用的是30W以下。伺服電動(dòng)機(jī)有直流和交流之 分。伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作 執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或 角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特 點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加 而勻速下降，請(qǐng)問交流伺服電機(jī)和無(wú)刷直流伺服電機(jī)在功能上有什 么區(qū)別？答：交流

2、伺服要好一些，因?yàn)槭钦也刂?，轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比擬簡(jiǎn)單，廉價(jià)。永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著集成電 路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的開展，永磁交流 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的開展，各國(guó)著名電氣廠商相繼推出 各自的交流伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善 和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā) 展方向，使原來(lái)的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī)。90年代以后, 世界各國(guó)已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制 的正弦波電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的 開展日新月異。永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比擬, 主要優(yōu)點(diǎn)有：無(wú)電刷和換向

3、器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和 保養(yǎng)要求低。定子繞組散熱比擬方便。慣量小，易于提 高系統(tǒng)的快速性。適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。（5）同功率 下有較小的體積和重量。一、交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相 異步電動(dòng)機(jī)相似，如圖1所示。其定子上裝有兩個(gè)位置互差 90的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf,它始終接在交流電壓Uf ;另一個(gè)是控制繞組L,聯(lián)接控制信號(hào)電壓Uc。所以交流 伺服電動(dòng)機(jī)又稱兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服 電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無(wú)“自轉(zhuǎn)” 現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動(dòng)機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子 電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特

4、點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子構(gòu)造 有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻 率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì) 長(zhǎng)；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄， 僅0. 2-0. 3min,為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi) 放置固定的內(nèi)定子，如圖2所示?？招谋无D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 很小，反響迅速，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。圖1交流伺服電動(dòng)機(jī)原理圖圖2空心杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)構(gòu)造交流伺服電動(dòng)機(jī)在沒有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞 組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí)，定子 內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù) 載恒定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨

5、控制電壓的大小而變化, 當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與分相式單相異步電動(dòng)機(jī) 雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動(dòng) 機(jī)與單機(jī)異步電動(dòng)機(jī)相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)：1、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖3中曲線1所示, 與普通異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線2相比，有明顯的區(qū)別。 它可使臨界轉(zhuǎn)差率SO1,這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性） 更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一 有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特 點(diǎn)。圖3伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性2、運(yùn)行范圍較寬如圖3所示，較差率S在0到1的范圍內(nèi)伺服電動(dòng)機(jī)都 能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。3

6、、無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象正常運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電動(dòng)機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即 結(jié)束運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)失去控制電壓后，它處于單相運(yùn)行 狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng)與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩特性（TlS1、T2 S2曲線） 以及合成轉(zhuǎn)矩特性（T-S曲線）如圖4所示，與普通的單相 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性（圖中-S曲線）不同。這時(shí)的 合成轉(zhuǎn)矩T是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而使電動(dòng)機(jī)迅速結(jié)束運(yùn)轉(zhuǎn)。圖4伺服電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性圖5是伺服電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行時(shí)的機(jī)械特性曲線。負(fù)載一 定時(shí)，控制電壓Uc愈高，轉(zhuǎn)速也愈高，在控制電壓一定時(shí)， 負(fù)載增加，轉(zhuǎn)速下降。圖5伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率一般是

7、0. 1T00W。當(dāng)電源頻 率為50Hz,電壓有36V、110V, 220、380V；當(dāng)電源頻率為 400Hz,電壓有 20V、26V、36V、115V 等多種。交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是非線 性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率低，因此與同容量 直流伺服電動(dòng)機(jī)相比，體積大、重量重，所以只適用于 0. 5-100W的小功率控制系統(tǒng)。二、直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造和一般直流電動(dòng)機(jī)一樣，只是為 了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而做得細(xì)長(zhǎng)一些。它的勵(lì)磁繞組和電樞分別 由兩個(gè)獨(dú)立電源供電。也有永磁式的，即磁極是永久磁鐵。通常采用電樞控制，就是勵(lì)磁電壓f 一定，建立的磁通量中 也是定值，而將控制電壓Uc加在電樞上，其接線圖如圖6 所示。圖6直流伺服電動(dòng)機(jī)接線圖直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)特性(n=f(T)和直流他勵(lì)電動(dòng) 機(jī)一樣，也用下式表示：n=Uc/KE?-Ra/KE?KT?T圖7是直流伺服電動(dòng)機(jī)在不同控制電壓下(氏為額定 控制電壓)的機(jī)械特性曲線。由圖可見：在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下， 當(dāng)磁通不變時(shí)，如果升高電樞電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就升