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伺服电机结构及工作原理
发布时间:伺服电机结构及工作原理

  伺服电机结构及工作原理_电子/电路_工程科技_专业资料。伺服电动机 伺服电动机的作用是将输入的电压信号(即 控制电压)转换成轴上的角位移或角速度输出, 在自动控制系统中常作为执行元件,所以伺服电 动机又称为执行电动机,其最大特点是:有控制 电压时转子立即旋

  伺服电动机 伺服电动机的作用是将输入的电压信号(即 控制电压)转换成轴上的角位移或角速度输出, 在自动控制系统中常作为执行元件,所以伺服电 动机又称为执行电动机,其最大特点是:有控制 电压时转子立即旋转,无控制电压时转子立即停 转。转轴转向和转速是由控制电压的方向和大小 决定的。伺服电动机分为交流和直流两大类。 一、交流伺服电动机 1.基本结构 交流伺服电动机主要由 定子和转子构成。 定子铁心通常用硅钢片 叠压而成。定子铁心表面的 槽内嵌有两相绕组,其中一 相绕组是励磁绕组,另一相 绕组是控制绕组,两相绕组 在空间位置上互差90°电角 度。工作时励磁绕组f与交流 励磁电源相连,控制绕组k加 控制信号电压 。 ? U k 1、结构(永磁同步电机) 主要由:定子1、转子5和检测元件8等几部分组成。 1 1 2 3 4 8 5 6 7 9 2.工作原理 交流伺服电动机在没有控制电压时,气隙中 只有励磁绕组产生的脉动磁场,转子上没有启动 转矩而静止不动。当有控制电压且控制绕组电流 和励磁绕组电流不同相时,则在气隙中产生一个 旋转磁场并产生电磁转矩,使转子沿旋转磁场的 方向旋转。但是对伺服电动机要求不仅是在控制 电压作用下就能启动,且电压消失后电动机应能 立即停转。如果伺服电动机控制电压消失后像一 般单相异步电动机那样继续转动,则出现失控现 象,我们把这种因失控而自行旋转的现象称为自 转。 为消除交流伺服电动机的自转 现象,必须加大转子电阻r2,这是 因为当控制电压消失后,伺服电动 机处于单相运行状态,若转子电阻 很大,使临界转差率sm1,这时正 负序旋转磁场与转子作用所产生的 两个转矩特性曲线( T ? s , T — s) 以及合成转矩特性曲线( Tem ? s ) 如图8.3所示。由图中可看出,合成 转矩的方向与电机旋转方向相反, 是一个制动转矩,这就保证了当控 制电压消失后转子仍转动时,电动 机将被迅速制动而停下。转子电阻 加大后,不仅可以消除自转,还具 有扩大调速范围、改善调节特性、 提高反应速度等优点。 ? ? ? ? em em 图8.3 伺服电动机单相 运行时的M-S曲线.控制方法 可采用下列三种方法来控制伺服电动机的转速高低及旋转方向。 (1)幅值控制 保持控制电压与励磁电压间的相位差不变,仅 改变控制电压的幅值。 (2)相位控制 保持控制电压的幅值不变,仅改变控制电压与 励磁电压间的相位差。 (3)幅-相控制 同时改变控制电压的幅值和相位。 二、直流伺服电动机 1.基本结构 传统的直流伺服电动机动实质是容量较小的 普通直流电动机,有他励式和永磁式两种,其结 构与普通直流电动机的结构基本相同。 杯形电枢直流伺服电动机的转子由非磁性材 料制成空心杯形圆筒,转子较轻而使转动惯量小, 响应快速。转子在由软磁材料制成的内、外定子 之间旋转,气隙较大。 无刷直流伺服电动机用电子换向装置代替了 传统的电刷和换向器,使之工作更可靠。它的定 子铁心结构与普通直流电动机基本相同,其上嵌 有多相绕组,转子用永磁材料制成。 2.基本工作原理 传统直流伺服电动机的基本工作原理与普通 直流电动机完全相同,依靠电枢电流与气隙磁通 的作用产生电磁转矩,使伺服电动机转动。通常 采用电枢控制方式,即在保持励磁电压不变的条 件下,通过改变电枢电压来调节转速。电枢电压 越小,则转速越低;电枢电压为零时,电动机停 转。由于电枢电压为零时电枢电流也为零,电动 机不产生电磁转矩,不会出现“自转”。 三、交直流伺服电动机的区别 直流伺服电动机的缺点: ① 电刷和换向器易磨损,换向时产生火花,限制转速 ② 结构复杂,制造困难,成本高 交流伺服电动机的优点: ① 结构简单,成本低廉,转子惯量较直流电机小 ② 交流电动机的容量大于直流电动机 伺服系统的性能要求 一、基本要求 1、位移精度高 位移精度:指指令脉冲要求机床工作台的位移量和该指令脉 冲经伺服系统转化为工作台的实际位移量之间的 符合程度 2、稳定性好 稳定性:指伺服系统在给定输入或外界干扰作用下,能在短暂 的调节过程后,达到新的或者恢复到原来的平衡状态 3、定位精度高 定位精度:是指输出量能复现输入量的精确程度 4、快速响应性好 5、调速范围宽 调速范围:是指机械装置要求电动机能提供的最高转速 和最低转速的比值 6、系统可靠性好 7、低速大转矩 二、伺服系统的分类 1、按伺服系统调节理论分类 ① 开环伺服系统 ② 闭环伺服系统 ③ 半闭环伺服系统