常用电机与控制—伺服电动机.doc

常用电机与控制—伺服电动机.doc文摘八:常用电机与控制—伺服电动机伺服电动机又叫执行电动机,或叫控制电动机。在自动控制系统中,伺服电动机是一个执行元件,它的作用是把信号(控制电压或相位)变换成机械位移, 也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移。其容量一般在 -100W, 常用的是 30W 以下。伺服电动机有直流和交流之分。一、交流伺服电动机交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似,如图 1所示。其定子上装有两个位置互差 90 °的绕组,一个是励磁绕组 R f,它始终接在交流电压 U f上;另一个是控制绕组 L,联接控制信号电压 U c。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性,无“自转”现象和快速响应的性能,它与普通电动机相比,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式:一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转动惯量,转子做得细长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子, 杯壁很薄,仅 - ,为了减小磁路的磁阻,要在空心杯形转子内放置固定的内定子,如图 2所示。空心杯形转子的转动惯量很小,反应迅速,而且运转平稳,因此被广泛采用。图1交流伺服电动机原理图图2空心杯形转子伺服电动机结构交流伺服电动机在没有控制电压时,定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场, 转子静止不动。当有控制电压时,定子内便产生一个旋转磁场,转子沿旋转磁场的方向旋转,在负载恒定的情况下,电动机的转速随控制电压的大小而变化,当控制电压的相位相反时,伺服电动机将反转。交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似,但前者的转子电阻比后者大得多,所以伺服电动机与单机异步电动机相比,有三个显著特点: 1 、起动转矩大由于转子电阻大,其转矩特性曲线如图 3中曲线 1所示,与普通异步电动机的转矩特性曲线 2相比,有明显的区别。它可使临界转差率 S 0>1,这样不仅使转矩特性(机械特性)更接近于线性,而且具有较大的起动转矩。因此,当定子一有控制电压,转子立即转动,即具有起动快、灵敏度高的特点。图3伺服电动机的转矩特性 2 、运行范围较宽如图 3所示,较差率 S在0到1的范围内伺服电动机都能稳定运转。 3 、无自转现象正常运转的伺服电动机,只要失去控制电压,电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后,它处于单相运行状态,由于转子电阻大,定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性( T 1-S 1、T 2-S 2曲线) 以及合成转矩特性( T-S曲线)如图 4所示,与普通的单相异步电动机的转矩特性(图中 T′-S曲线)不同。这时的合成转矩 T是制动转矩,从而使电动机迅速停止运转。图4伺服电动机单相运行时的转矩特性图5是伺服电动机单相运行时的机械特性曲线。负载一定时,控制电压 U c 愈高,转速也愈高,在控制电压一定时,负载增加,转速下降。图5伺服电动机的机械特性交流伺服电动机的输出功率一般是 -100W 。当电源频率为 50Hz ,电压有 36V 、 110V 、 220 、 3