伺服电动机的原理及应用 毕业论文

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1、伺服电动机的原理及应用引言随着自动化技术、计算机技术、电力电子技术的发展，特别是高性能永磁材料的问世，电动机制造技术水平得到了极大的提高，也为特种电动机的制造、控制和应用提出了更高的要求，提供了更广阔的发展空间。特种电机是电机中的一类主要是指因为使用环境和制作工业的特殊而区别通用电机的名称。随着工业化发展以及自动化技术提高特种电机的使用范围越来广泛种类越来越多。是以一类新型特种电机（步进电动机自整角机、直线电动机、超声波电动机等等之类的）为例，综述其原理结构，性能，应用以及研究热点。本次设计既有理论

2、论述，又有实际工程应用介绍，具有全面性、系统性、实用性、可读性的特点，避免繁琐的数学运算和高深的理论，从实际出发，深入浅出，涉及的范围广，内容丰富，特别是有具体的实例介绍，对于学习特种电动机应用具有重要的参考价值。一、伺服电动机的工作原理直流伺服电动机的工作原理有刷直流电机由于电刷的换向，使得由永久磁钢产主的磁场与电枢绕组通电后产生的磁场在电机运行过程中始终保持垂直从而产生最大转矩，使电机运转。直流伺服电动机的运行原理和有刷直流电机基本相同，即在一个具有恒定磁通密度分布的磁极下，保证电枢绕组中通入的

3、电流总量恒定，以产生恒定的转矩，且转矩只与电枢电流的大小有关。直流伺服电动机的运行还需依靠转子位置传感器检测出转子的位置信号，通过换相驱动电路驱动与电枢绕组连接的各功率开关管的导通与关断，从而控制定子绕组的通电，在定子上产生旋转磁场，拖动转子旋转。随着转子的转动，位置传感器不断地送出信号，以改变电枢的通电状态，使得在同一磁极下的导体中的电流方向不变。因此，就可产生恒定的转矩使直流伺服电动机运转起来。直流伺服电动机三相绕组主回路基本类型有三相半控和三相全控两种。三相半控电路的特点是简单，一个功率开关控

4、制一相的通断，每个绕组只通电1/3的时间，另外2/3时间处于断开状态，没有得到充分的利用。所以我们采用三相全控式电路，如图1所示。8图1三相全控桥两两导通电路在图2.2中，电动机的绕组为星形联结。、……为六个功率器件，起绕组的开关和驱动作用。同时我们采用两两导通方式，所谓两两导通方式是指每一个瞬间有两个功率管导通，每隔1/6周期（60°电角度）换相一次，每次换相一个功率管，每一功率管导通120°电角度。各功率管的导通顺序→→→→→→。当功率管导通时，电流从管流入A相绕组，再从C相绕组流出，经管回到电

5、源。二相导通的星形三相六状态的导通顺序表如表1所示。表1两两导通的导通顺序表时间（电角度）（）0导通顺序UVWVWUVBG1导通导通BG2导通导通BG3导通导通BG4导通BG5导通导通导通BG6导通导通二、伺服电动机的主要特性(1)机械特性机械特性是指在控制电枢电压保持不变的情况下，直流流伺服电动机的转速n随转矩变化的关系。当电枢电压为常值时:图2直流伺服电动机机械特性8当转矩为零时，电机的转速仅与电枢电压有关，此时的转速为直流伺服电动机的理想空载转速，理想空载转速与电枢电压成正比，即：当转速为零时

6、，电机的转矩仅与电枢电压有关，此时的转矩称为堵转转矩，堵转转矩与电枢电压成正比，即：给定不同的电枢电压得到的直流伺服电动机的机械特性不同电枢电压下的机械特性曲线为一组平行线，其斜率为-k。当控制电压一定时，不同的负载转矩对应不同的机械转速。转矩T增大时，转速n降低。(2）调节特性直流伺服电动机的调节特性是指负载转矩恒定时，电机转速与电枢电压的系。当转矩一定时，转速与电压的关系也为一组平行线，当电动机的转矩T不变时，控制电压增加，转速成正比地增加。其斜率为1/ke。图3直流伺服电动机调节特性调节特性与

7、横轴的交点所对应的电压值为始动电压，只有当控制电压大于始动电压，电动机才会转动。负载转矩TL不同时，始动电压也不同，TL越大，始动电压越高，死区越大，伺服电动机越不灵敏，所以伺服电动机不可带太大的负载。(3)动态特性由于电磁过渡过程比机械过渡过程要短得多。因此为简化分析，通常只考虑机械过渡过程，而忽略电磁过渡过程。8　　图4等效电枢回路　　电枢回路中的动态电压平衡方程为：　　　　在过渡过程中，直流伺服电动机的电磁转矩Tm除了要克服负载转矩T1外，还要克服轴上的惯性转矩，因而直流伺服电动机的动态转矩平

8、衡方程为：　　　　　　　　式中，和分别称为直流伺服电动机的机电时间常数和电磁时间常数，是反映两种过渡过程时间长短的参数；Km称为直流伺服电动机的静态放大系数　　①8当直流伺服电动机带有恒定负载时，则dT1/dt＝0，于是上式可简化成：　　　　②在空载条件下，即T1＝0时，上式还可进一步简化成　　　　　　当电动机启动时，输入的电枢控制电压Ua为一阶跃信号。为分析方便，设其为单位阶跃信号，即ua=1　　　　1.欠阻尼情况(0<ζ<1)　　　　在欠阻尼情况下，电动机角速度的