电机学 第2版 教学课件 作者 徐德淦 李祖明 chap05_伺服电动机.ppt

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1、5.伺服电动机和伺服系统伺服电动机5.伺服电动机简介伺服电动机又称执行电机，在自动控制系统中作为执行元件。功能：电压信号转轴的角位移或角速度分类：直流伺服电机---功率较大，几百瓦，也可达数千瓦。交流伺服电机---两相伺服电动机，功率较小，数十瓦。自动控制系统对伺服电动机的基本要求：宽广的调速范围机械特性和调节特性为线性无“自转”现象---控制电压为零时能立即自行停转快速响应5.伺服电动机和伺服系统2.1直流伺服电动机(DCServoMotor)结构与分类其结构与普通进流电动机基本相同，只是它的容量和体积都很小，是一台微型他励直流电动机。有两个独立的

2、电路：励磁回路和电枢回路。工作时一个接电源，另一个接收控制信号。如果磁极采用永磁体，则它只有一个电枢回路用以接收电气控制信号。直流伺服电动机5.伺服电动机和伺服系统2.1.1控制方式由直流电机原理知道：直流伺服电动机有两种基本控制方式：电枢控制—改变电枢电压来控制转速，适用于电励磁和永磁励磁直流伺服电动机。磁极控制—调节磁通来控制转速，仅适用于电励磁直流伺服电动机。但因停转时电枢电流大，磁极绕组匝数多、电感大，时间常数大等缺点，很少采用。。如果Uc=0，则Ic(即电枢电流Ia)也等于零，电动机转子上不会产生电磁转矩Tem，转子静止不动。当伺服电动机接收

3、到信号，Uc≠0，便有电流Ic流过电枢绕组，且产生电磁转矩为：5.伺服电动机和伺服系统直流伺服电动机的电枢控制不考虑电机磁路饱和，并忽略负载时电枢反应的影响，则励磁磁通正比于励磁电压，即：转子开始旋转，其转速n∝Tem∝Ic∝Uc。一旦信号消失，Uc=0，Ic=0,Tem=0，转子便停止旋转，n=0。这种现象称为不存在自运转现象，是伺服电动机必须具备的性能。否则，信号消失，n≠0，电动机继续旋转，就失控了，这现象称为自运转现象。5.伺服电动机和伺服系统5.伺服电动机和伺服系统2.1.2直流伺服电动机的静态特性为使所得特性具有普遍意义，下面各种数量将以标

4、幺值表示。应用标幺值，关键是如何选用基数值。选用原则有三：第一，基数必须是一固定常数；第二，基数能通过计算或试验方便地确定；第三，选用的基数能使表示式简洁。对控制回路Ec为电枢绕组感应电动势；ra为电枢回路电阻。5.伺服电动机和伺服系统取Uf为控制电压的基数，而控制电压的标幺值称为信号系数，用α表示，即：选用n=0，α=1时的电磁转矩为转矩标幺值的基数，即α=1时的起动转矩为基数：5.伺服电动机和伺服系统再选Tem=0,α=1时的转速为转速标幺值的基数，即α=1时的理想空载转速为基数：即使在空载，Tem也不能为零，必须有微小的电磁转矩去克服机械损耗pm

5、ech才能使电动机旋转在n0，故称它为理想空载转速。由以上公式可见，这两个基数都能方便地算出或实验测定。转速的标幺值用ν表示，即：2.伺服电动机和伺服系统转矩表示式用标幺值表示时为电枢控制直流伺服电动机的机械特性：ν=f(T*)当α=const；控制特性ν=f(α)，当T*=const，都是直线，都是单值函数，这是很大的优点。电枢控制直流伺服电动机的静态特性a)机械特性b)控制特性5.伺服电动机和伺服系统2.1.4几种低惯量直流伺服电动机为了改善伺服电动机的动态特性，引出了几种低惯性的伺服电动机。1、无槽电枢直流伺服电动机电枢铁心表面无齿槽为一圆筒形，

6、电枢绕组用玻璃丝带和环氧树脂粘合在铁心表面，这种结构同时使转动惯量及电枢绕组的电感都降低，有利于缩短过渡过程。5.伺服电动机和伺服系统2、空心杯形转子直流伺服电动机将电枢绕组和电枢铁在机械上分离，电枢绕组在模具上绕成后用玻璃丝带和环氧树脂胶合成一杯形体，杯底中心固定有电机转轴。电枢铁心为有中心孔的圆筒，一端固定在电动机端盖上，称为内定子。杯形绕组的轴穿过内定子中心孔，通过轴承放置在两侧端盖上。杯形转子在内、外定子间的气隙中旋转。空心杯形转子伺服电动机结构示意图1—外定子(磁轭和磁极)2—内定子3—杯形转子4—换向器5.伺服电动机和伺服系统3、印制电路电

7、枢直流伺服电动机转子为胶木板制成的圆盘，上面印制电枢绕组，虚线2表示在背面犹如槽中下层圈边。两侧导体由金属化孔3联通。利用圆盘内圆处导体裸露部分当作换向器，电刷沿轴向放置，以联通绕组与外面的静止电路。气隙为轴向。轴向磁化的多个磁极5(一般用永久磁铁)，由电动机两侧软磁钢环6闭合形成所需的气隙磁场。这种结构电动机的基本作用原理未变，但却大大降低了电动机的转动惯量和电枢绕组的电感。印制电路电动机示意图a)绕组一匝b)结构示意图1—正面导体2—反面导体3—金属化孔4—换向器电刷5—磁极6—环形磁轭5.伺服电动机和伺服系统2.1.5无刷直流电动机直流电动机虽然

8、性能良好，但由于存在电刷和换向器这个滑动接触，容易产生火花和引起无线电干扰，这就限制了它的应用