第一章 伺服电动机课件.ppt

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1、第一章伺服电动机（servomotor）本章内容：§1-1概述§1-2直流伺服电动机§1-3无刷直流电动机§1-4直流力矩电动机§1-5两相伺服电动机§1-6伺服电动机的应用§1-1概述伺服电动机servomotor用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。伺服电动机分交、直流两类。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均为线性无“自转”现象快速响应此外，还要求伺服电动机的控

2、制功率小、重量轻、体积小等。一、结构和分类（一）传统型直流伺服电动机（二）低惯量型直流伺服电动机1．盘形电枢直流伺服电动机2．空心杯电枢永磁式直流伺服电动机3．无槽电枢直流伺服电动机§1-2直流伺服电动机传统型直流伺服电动机的结构与一般直流电动机相同。有永磁式(SY)和电磁式(SZ)两种（一）传统型直流伺服电动机图1电磁式直流伺服电动机的定子冲片SZ型直流伺服电动机DCServomotorDCPermanentMagnetServomotor（二）低惯量型直流伺服电动机1．盘形电枢直流伺服电动机

3、特点：盘型电枢，绕组的径向段为有效部分。图1-2盘形电枢直流伺服电动机结构转子呈薄片圆盘状，厚度一般为(1.5~2)mm，转子的绝缘基片是环氧玻璃布胶板。胶合在基片两侧的铜箔用印刷电路制成双面电枢绕组，电枢导体还兼作换向片。定子由永久磁钢和前后盘状轭铁组成，轭铁兼作前后端盖。组成多极的磁钢胶合在轭铁一侧，在电机中形成轴向的平面气隙。2.空心杯电枢永磁式直流伺服电动机电枢绕组用导线绕在绕线模上，用环氧树脂定形做成。转子内外两侧有内外定子构成磁路。特点：低惯量，灵敏度高，时间常数小（最小在1ms以下

4、）；损耗小，效率高；力矩波动小，低速转动平稳，噪音小；换向性能好，寿命长。但由于气隙大，磁阻大，磁动势利用率低。型号：SYK杯形转子直流伺服电动机已系列化生产，输出功率从零点几瓦至5kW，多用于高精度自动控制系统及测量装置等设备中。3．无槽电枢直流伺服电动机特点：无槽电枢，动态性能相之较差。型号：SWC图1-4无槽电枢直流伺服电动机结构结构电枢铁心是光滑、无槽的圆柱体。电枢绕组敷设在光滑电枢铁心表面，用环氧树脂固化成型并与铁心粘结在一起。气隙尺寸比普通直流伺服电动机大10倍以上。特点转动惯量低；

5、起动转矩大；反应快；低速运行均匀；换向性能良好。目前电机的输出功率在几十瓦~10kW，机电时间常数为(5~10)ms。型号：SWC二、控制方式图1-5直流伺服电动机电枢控制线路图电枢控制：励磁磁通保持不变，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。二、控制方式图1-5直流伺服电动机电枢控制线路图磁场控制：电枢绕组电压保持不变，把控制信号加到励磁绕组上。改变控制信号的大小、极性。控制转子转速的大小和方向,这种方式叫磁场控制。但励磁电流和主

6、磁通之间是非线性关系，且随着励磁电压的减小其机械特性变软，调节特性也是非线性，故少用。三、运行特性直流电动机的基本方程式：（一）机械特性机械特性是指控制电压恒定时，电机的转速随转矩变化的关系，即＝常数时，机械特性：理想空载转速：堵转转矩：(1-1)(1-2)(1-3)机械特性是一组平行的直线，如图1-6图1-6直流伺服电动机的机械特性（二）调节特性调节特性是指在一定的转矩下电机的转速随控制电压变化的关系，如图1-7。即：图1-7直流伺服电动机的调节特性几个概念：始动电压：调节特性与横轴的交点；是

7、电动机处在待动而又未动临界状态时的控制电压。负载转矩越大，始动电压越高。失灵区：调节特性曲线上从原点到始动电压点的这一段横坐标所示的范围，称为在某一电磁转矩值时伺服电动机的失灵区。显然，失灵区的大小与电磁转矩的大小成正比；电枢控制时直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是线性的。四、动态特性(一)直流伺服电动机的传递函数指电动机的电枢上外施阶跃电压时，电机转速从零开始的增长过程，即。产生过渡过程的原因是电机中存在机械惯性和电磁惯性。传递函数：采用拉普拉斯变换，将时间函数变换成相应的象函数、并将零初

8、始条件时输出象函数与输入象函数之比称之。再将传送函数进行反变换，就可以得到输出量与输入量之间随时间变化的函数关系。电枢回路瞬时电压平衡方程式为：图1-8直流伺服电动机的等效电路(1-4)转动方程式为：当负载转矩为零，且不考虑空载转矩有由(1-4)、(1-6)及：有：方程(1-7)是二阶线性非齐次方程，利用拉普拉斯变换将其转换为代数方程(1-5)(1-6)(1-7)电压象函数方程：传递函数：式中为常数(1-8)(1-9)简化后传递函数为：机械时间常数电气时间常数忽略电气时间常数时传递函数为：(1-