伺服电动机知识介绍

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1、伺服电动机伺服电动机又称为执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件。它将输入的电压信号转变为转轴的角位移或角速度输出，改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。根据使用电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。直流伺服电动机输出功率较大，功率范围为1～600瓦，有的甚至可达上千瓦；而交流伺服电动机输出功率较小，功率范围一般为0.1～100瓦。6.1.1直流伺服电动机直流伺服电动机实际上就是他励直流电动机，其结构和原理与普通的他励直流电动机相同，只不过直流伺服电动机输出功率较小而已。当直流伺服电动机励

2、磁绕组和电枢绕组都通过电流时，直流电动机转动起来，当其中的一个绕组断电时，电动机立即停转，故输入的控制信号，既可加到励磁绕组上，也可加到电枢绕组上：若把控制信号加到电枢绕组上，通过改变控制信号的大小和极性来控制转子转速的大小和方向，这种方式叫电枢控制；若把控制信号加到励磁绕组上进行控制，这种方式叫磁场控制。磁场控制有严重的缺点（调节持性在某一范围不是单值函数，每个转速对应两个控制信号），使用的场合很少。直流伺服电动机进行电枢控制时，电枢绕组即为控制绕组，控制电压直接加到电枢绕组上进行控制。而励磁方式则有两种：一种用励磁绕组通过直流电流进行励磁，称为电磁式直流伺图7.1直流伺服

3、电动机电枢控制线路图服电动机；另一种使用永久磁铁作磁极，省去励磁绕组，称为永磁式直流伺服电动机。直流伺服电动机进行电枢控制的线路如图7.1所示，励磁绕组接到电压恒定为的直流电源上，产生励磁电流，从而产生励磁磁通，电枢绕组接控制电压，那么直流伺服电动机电枢回路的电压平衡方式为若不计电枢反应的影响，电机的每极气隙磁通将保持不变，则电动机的电磁转矩公式为1.机械特性由上面三式可得到电枢控制的直流伺服电动机的机械特性方程式为错误！（7.1）改变控制电压，而机械特性的斜率不变，故其机械特性是一组平行的直线，如图7.2所示。理想空载转速为机械特性曲线与横轴的交点处的转矩就是时的转矩，即直

4、流伺服电动机的堵转转矩为控制电压为时，若负载转矩，则电机堵转。2.调节特性图7.2直流伺服电动机的机械特性调节特性是指在一定的转矩下电机的转速与控制电压的关系。调节特性也可由式（7-1）画出，如图7.3所示，调节特性也是一组平行线。图7.3直流伺服电动机的调节特性由调节特性可以看出，当转矩不变时，如，增强控制信号，直流伺服电动机的转速增加，且呈正比例关系；反之，减弱控制信号减弱到某一数值直流伺服电动机停止转动，即在控制信号小于时，电机堵转，要使电机能够转动，控制信号必须大于才行，故叫做始动电压，实际上始动电压就是调节特性与横轴的交点。所以，从原点到始动电压之间的区段，叫做某一

5、转矩时直流伺服电动机的失灵区。由图可知，越大，始动电压也越大，反之亦然；当为理想空载时，，始动电压为，即只要有信号，不管是大是小，电机都转动。从上述分析可知，电枢控制时的直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是线性的，而且不存在“自转”现象（控制信号消失后，电机仍不停止转动的现象叫“自转”现象），在自动控制系统中是一种很好的执行元件。6.1.2交流伺服电动机1.工作原理交流伺服电动机实际上就是两相异步电动机，所以有时也叫两相伺服电动机。如图7.4所示，电机定子上有两相绕组，一相叫励磁绕组，接到交流励磁电源上，另一相为控制绕组，接入控制电压，两绕组在空间上互差90°电角度，励磁电

6、压和控制电压Uc频率相同。图7.4交流伺服电动机原理图交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之处。当交流伺服电动机的励磁绕组接到励磁电流上，若控制绕组加上的控制电压为时（即无控制电压），所产生的是脉振磁通势，所建立的是脉振磁场，电机无起动转矩；当控制绕组加上的控制电压，且产生的控制电流与励磁电流的相位不同时，建立起椭圆形旋转磁场（若与相位差为90°时，则为圆形旋转磁场），于是产生起动力矩，电机转子转动起来。如果电机参数与一般的单相异步电动机一样，那么当控制信号消失时，电机转速虽会下降些，但仍会继续不停地转动。伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象称为“自转”。

7、那么，怎么样消除“自转”这种失控现象呢？从单相异步电动机理论可知，单相绕组通过电流产生的脉振磁场可以分解为正向旋转磁场和反向旋转磁场，正向旋转磁场产生正转矩，起拖动作用，反向旋转磁场产生负转矩，起制动作用，正转矩和负转矩与转差率的关系如图7.5虚线所示，电机的电磁转矩T应为正转矩T+和负转矩T-的合成，在图中用实线表示。如果交流伺服电动机的电机参数与一般的单相异步电动机一样，那么转子电阻较小，其机械特性如图7.5（a）所示，当电机正向旋转时，，合成转矩即电机电磁转矩，所以，即使控制电压消失后，即，电机在