伺服电机工作原理结构特点及特性学习报告.doc

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1、电机学习报告—伺服电机篇伺服系统是指使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标的任意变化而变化的自动控制系统。伺服电机在控制系统中常被用来做执行元件，将输入的电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。一、伺服电机分类伺服电机分为直流与交流两大类，直流电机又分为有刷与无刷两类；交流电机可分为异步

2、与同步两类。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的

3、应用。二、交流伺服电机1.交流异步电机交流伺服电动机在控制系统中主要作为执行元件，自动控制系统对它的要求主要有几点：i.转速和转向应方便地受控制信号的控制，调速范围要大；ii.整个运行范围内的特性应具有线性关系，保证运行的稳定性；iii.伺服电动机无“自转”现象；iv.控制功率要小，启动转矩应大；v.机电时间常数要小，始动电压要低。（1）结构特点交流伺服电动机的结构主要可分为两大部分，即定子部分和转子部分。在定子铁心中安放着空间互成90°电角度的两相绕组，其中l1-l2为励磁绕组，k1-k2为控制绕组，所以交流伺服电动机是两相交流电动机。示意图如图1。图1交流伺服电机两相绕组分布

4、图转子结构常用的有鼠笼形转子、非磁性杯形转子。鼠笼形转子交流伺服电动机的结构如图2，它的转子由转轴、转子铁心、转子绕组等组成。图2鼠笼形转子交流伺服电动机转子结构转子铁心由硅钢片叠成，每片冲成有齿有槽形状，如图3，然后叠压起来将轴压入轴孔内。铁心的每一槽中放有一根导条，所有导条两端用短路环连接，这就构成转子绕组。图3转子铁芯硅钢片如果去掉铁心，整个转子绕组成一鼠笼状，如图4，“鼠笼转子”由此得名。鼠笼材料有用铜，有用铝，为制造方便，一般用铸铝转子，把鼠笼导条与短路环铸成一体。图4鼠笼式转子绕组非磁性杯形转子交流伺服电动机结构如图5。图中外定子与鼠笼形转子伺服电动机的定子一样，内定子

5、由环形钢片叠成，通常内定子不放绕组，只是代替鼠笼转子的铁心，作为电机磁路的一部分。在内、外定子之间有细长的空心转子装在转轴上，空心转子作成杯子形状，所以称空心杯形转子。空心杯由非磁性材料铝、铜制成，它的杯壁极薄，一般在0.3mm左右。图5杯形转子伺服电机结构杯形与鼠笼转子形状不一样。但杯形转子可看作是鼠笼条数非常多的、条与条之间彼此紧靠在一起的鼠笼转子，杯形转子两端可看作由短路环相连接，如图6。这样，杯形、鼠笼转子实质上并没有差别，所起的作用也相同。图6杯形转子与鼠笼型转子相似与鼠笼形转子相比，杯形转子惯量小，轴承摩擦阻转矩小。由于转子没有齿和槽，所以合成Te不会随转子位置发生变化

6、，恒速旋转时，转子不会抖动，运转平稳。但它内、外定子间气隙较大(杯壁厚度加上杯壁两边的气隙)，所以励磁电流就大，电机利用率低，因而在相同体积和重量下，在一定功率范围内，杯形转子伺服电动机的启动转矩小、输出功率小。另外，杯形转子伺服电动机结构、制造工艺较复杂。目前广泛应用的是鼠笼形转子伺服电动机，只有在要求运转非常平稳的某些特殊场合下(积分电路)，才用非磁性杯形转子伺服电动机。（1）工作原理交流伺服电动机使用时，励磁绕组两端施加恒定的励磁电压Uf，控制绕组两端施加控制电压Uk，如图7。图7电气原理图将一个能够自由转动的鼠笼转子放在两极永久磁铁中间，当磁铁旋转时，鼠笼转子也跟着转动。转

7、子的转速比磁铁慢，当磁铁旋转方向改变时，转子也改变如图8。图8伺服电机工作原理当磁铁旋转时，在空间形成旋转磁场。设磁铁顺时针以ns的转速旋转，那末它的磁力线就顺时针切割转子导条。转子导条以反时针切割磁力线，在转子导条中就产生感应电势。根据右手定则，N极下导条的感应电势方向都是垂直地从纸面出来，而S极下导条的感应电势方向都是垂直地进入纸面，如图9。图9鼠笼转子转向由于鼠笼转子的导条都是通过短路环连起来的，因此在感应电势作用下，导条中就会有电流流过。再根据通电导体在磁场中