第6讲伺服电动机-公开课件（讲义）.ppt

控 制 电 机 控制电机是在普通旋转电机基础上产生的特殊功能的小型旋转电机。控制电机在控制系统中作为执行元件、检测元件和运算元件。 控 制 电 机 从工作原理上看，控制电机和普通电机没有本质上的差异，但普通电机功率大，侧重于电机的启动、运行和制动等方面的性能指标，而控制电机输出功率较小，侧重于电机控制精度和响应速度。 控 制 电 机 控制电机按其功能和用途可分为信号检测和传递类控制电机及动作执行类控制电机两大类。执行电机包括伺服电机、步进电机和直线电机；信号检测和传递电机包括测速发电机、旋转变压器和自整角机等。 伺服电动机 伺服电动机的作用是将输入的电压信号（即控制电压）转换成轴上的角位移或角速度输出。 在自动控制系统中常作为执行元件，所以伺服电动机又称为执行电动机。 伺服电动机最大特点： 有控制电压时转子立即旋转，无控制电压时转子立即停转。 转轴转向和转速是由控制电压的方向和大小决定的。 伺服电动机分类： 伺服电动机分为交流和直流两大类。 基本结构 交流伺服电动机主要由定子和转子构成，如图所示。 定子铁心通常用硅钢片叠压而成。 定子铁心表面的槽内嵌有两相绕组，其中一相绕组是励磁绕组，另一相绕组是控制绕组。 励磁绕组和控制绕组： 两相绕组在空间位置上互差90°电角度。 工作时励磁绕组与交流励磁电源相连，控制绕组加控制信号电压 。 转子的形式有两种: 笼式转子 空心杯转子 笼式转子:其绕组由高电阻率的材料制成，绕组的电阻较大，笼式转子结构简单，但其转动惯量较大。 空心杯转子:它由非磁性材料制成杯形，可看成是导条数很多的笼式转子，其杯壁很薄，因而其电阻值较大。 转子在内外定子之间的气隙中旋转，因空气隙较大而需要较大的励磁电流。空心杯形转子的转动惯量较小，响应迅速。 工作原理 交流伺服电动机的工作原理和电容分相式单相异步电动机相似。 在没有控制电压时，气隙中只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子上没有启动转矩而静止不动。 当有控制电压且控制绕组电流和励磁绕组电流不同相时，则在气隙中产生一个旋转磁场并产生电磁转矩，使转子沿旋转磁场的方向旋转。 但是对伺服电动机要求不仅是在控制电压作用下就能启动，且电压消失后电动机应能立即停转。如果伺服电动机控制电压消失后像一般单相异步电动机那样继续转动，则出现失控现象，我们把这种因失控而自行旋转的现象称为自转。 为消除交流伺服电动机的自转现象，必须加大转子电阻r2。 这是因为当控制电压消失后，伺服电动机处于单相运行状态，若转子电阻很大，使临界转差率sm1，这时合成转矩的方向与电机旋转方向相反，是一个制动转矩，这就保证了当控制电压消失后转子仍转动时，电动机将被迅速制动而停下。 转子电阻加大后，不仅可以消除自转，还具有扩大调速范围、改善调节特性、提高反应速度等优点。 控制方法 可采用下列三种方法来控制伺服电动机的转速高低及旋转方向。 （1）幅值控制 保持控制电压与励磁电压间的相位差不变，仅改变控制电压的幅值。 （2）相位控制 保持控制电压的幅值不变，仅改变控制电压与励磁电压间的相位差。 （3）幅-相控制 同时改变控制电压的幅值和相位。 交流伺服电动机的输出功率一般在100W以下。 电源频率为50Hz时，其电压有36V, 100V, 220V, 380V数种。 当频率为400Hz时，电压有20V，36V，115V多种。 交流伺服电动机运行平稳，噪音小，但控制特性为非线性并且因转子电阻大而使损耗大，效率低。 与同容量直流伺服电动机相比体积大，质量大，所以只适用于0.5W～100W的小功率自动控制系统中。 直流伺服电动机 1．基本结构 传统的直流伺服电动机动实质是容量较小的普通直流电动机。