伺服電機結(jié)構(gòu)及工作原理

1、 伺服電動機 伺服電動機的作用是將輸入的電壓信號（即控制電壓）轉(zhuǎn)換成軸上的角位移或角速度輸出，在自動控制系統(tǒng)中常作為執(zhí)行元件，所以伺服電動機又稱為執(zhí)行電動機，其最大特點是：有控制電壓時轉(zhuǎn)子立即旋轉(zhuǎn)，無控制電壓時轉(zhuǎn)子立即停轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由控制電壓的方向和大小決定的。伺服電動機分為交流和直流兩大類。 一、交流伺服電動機 1基本結(jié)構(gòu) 交流伺服電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。 定子鐵心通常用硅鋼片疊壓而成。定子鐵心表面的槽內(nèi)嵌有兩相繞組，其中一相繞組是勵磁繞組，另一相繞組是控制繞組，兩相繞組在空間位置上互差90電角度。工作時勵磁繞組f與交流勵磁電源相連，控制繞組k加控制信號電壓 。 kU1 1、結(jié)構(gòu)

2、、結(jié)構(gòu)( (永磁同步電機永磁同步電機) )主要由：定子主要由：定子1 1、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子5 5和檢測元件和檢測元件8 8等幾部分組成。等幾部分組成。12341567892工作原理工作原理 交流伺服電動機在沒有控制電壓時，氣隙中只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子上沒有啟動轉(zhuǎn)矩而靜止不動。當有控制電壓且控制繞組電流和勵磁繞組電流不同相時，則在氣隙中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。但是對伺服電動機要求不僅是在控制電壓作用下就能啟動，且電壓消失后電動機應能立即停轉(zhuǎn)。如果伺服電動機控制電壓消失后像一般單相異步電動機那樣繼續(xù)轉(zhuǎn)動，則出現(xiàn)失控現(xiàn)象，我們把這種因失控而自行旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為自

3、轉(zhuǎn)。 為消除交流伺服電動機的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，必須加大轉(zhuǎn)子電阻r2，這是因為當控制電壓消失后，伺服電動機處于單相運行狀態(tài)，若轉(zhuǎn)子電阻很大，使臨界轉(zhuǎn)差率sm1，這時正負序旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個轉(zhuǎn)矩特性曲線（ ）以及合成轉(zhuǎn)矩特性曲線（ ）如圖8.3所示。由圖中可看出，合成轉(zhuǎn)矩的方向與電機旋轉(zhuǎn)方向相反，是一個制動轉(zhuǎn)矩，這就保證了當控制電壓消失后轉(zhuǎn)子仍轉(zhuǎn)動時，電動機將被迅速制動而停下。轉(zhuǎn)子電阻加大后，不僅可以消除自轉(zhuǎn)，還具有擴大調(diào)速范圍、改善調(diào)節(jié)特性、提高反應速度等優(yōu)點。 sTsTemem,sTem 圖8.3 伺服電動機單相運行時的M-S曲線 3控制方法 可采用下列三種方法來控制伺服電動機的轉(zhuǎn)速高低及

4、旋轉(zhuǎn)方向。 （1）幅值控制 保持控制電壓與勵磁電壓間的相位差不變，僅改變控制電壓的幅值。 （2）相位控制 保持控制電壓的幅值不變，僅改變控制電壓與勵磁電壓間的相位差。 （3）幅-相控制 同時改變控制電壓的幅值和相位。 二、直流伺服電動機 1基本結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)的直流伺服電動機動實質(zhì)是容量較小的普通直流電動機，有他勵式和永磁式兩種，其結(jié)構(gòu)與普通直流電動機的結(jié)構(gòu)基本相同。 杯形電樞直流伺服電動機的轉(zhuǎn)子由非磁性材料制成空心杯形圓筒，轉(zhuǎn)子較輕而使轉(zhuǎn)動慣量小，響應快速。轉(zhuǎn)子在由軟磁材料制成的內(nèi)、外定子之間旋轉(zhuǎn)，氣隙較大。 無刷直流伺服電動機用電子換向裝置代替了傳統(tǒng)的電刷和換向器，使之工作更可靠。它的定子鐵心結(jié)

5、構(gòu)與普通直流電動機基本相同，其上嵌有多相繞組，轉(zhuǎn)子用永磁材料制成。 2基本工作原理 傳統(tǒng)直流伺服電動機的基本工作原理與普通直流電動機完全相同，依靠電樞電流與氣隙磁通的作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使伺服電動機轉(zhuǎn)動。通常采用電樞控制方式，即在保持勵磁電壓不變的條件下，通過改變電樞電壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。電樞電壓越小，則轉(zhuǎn)速越低；電樞電壓為零時，電動機停轉(zhuǎn)。由于電樞電壓為零時電樞電流也為零，電動機不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，不會出現(xiàn)“自轉(zhuǎn)”。三、交直流伺服電動機的區(qū)別三、交直流伺服電動機的區(qū)別直流伺服電動機的缺點：直流伺服電動機的缺點：電刷和換向器易磨損，換向時產(chǎn)生火花，限制轉(zhuǎn)速電刷和換向器易磨損，換向時產(chǎn)生火花，限制轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)復

6、雜，制造困難，成本高結(jié)構(gòu)復雜，制造困難，成本高交流伺服電動機的優(yōu)點：交流伺服電動機的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，轉(zhuǎn)子慣量較直流電機小結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，轉(zhuǎn)子慣量較直流電機小交流電動機的容量大于直流電動機交流電動機的容量大于直流電動機 伺服系統(tǒng)的性能要求伺服系統(tǒng)的性能要求一、基本要求一、基本要求1 1、位移精度高、位移精度高位移精度：指指令脈沖要求機床工作臺的位移量和該指令脈位移精度：指指令脈沖要求機床工作臺的位移量和該指令脈 沖經(jīng)伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為工作臺的實際位移量之間的沖經(jīng)伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為工作臺的實際位移量之間的 符合程度符合程度2 2、穩(wěn)定性好、穩(wěn)定性好穩(wěn)定性：指伺服系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫穩(wěn)定性：指伺服系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫 的調(diào)節(jié)過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態(tài)的調(diào)節(jié)過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態(tài)3 3、定位精度高、定位精度高 定位精度：是指輸出量能復現(xiàn)輸入量的精確程度定位精度：是指輸出量能復現(xiàn)輸入量的精確程度6 6、系統(tǒng)可靠性好、系統(tǒng)可靠性好7 7、低速大轉(zhuǎn)矩、低速大轉(zhuǎn)矩4 4、快速響應性好、快速響應性好5 5、調(diào)速范圍寬、調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍：是指機械裝置要求電動機能提供的最高轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍：是指機械裝置要求電動機能提供的最高轉(zhuǎn)速 和最低轉(zhuǎn)速的比值和最低轉(zhuǎn)速的比值二、伺服系統(tǒng)的分