伺服电机结构及工作原理.ppt

伺服电机结构及工作原理 伺服电机是一种特殊的电机，它的特点是可以根据输入的电压信号来控制输出的角位移或角速度。它广泛应用于自动控制系统中，作为执行元件。伺服电机可以分为交流伺服电动机和直流伺服电动机两大类。 交流伺服电动机的基本结构由定子和转子组成。定子铁心通常用硅钢片叠压而成，表面嵌有两相绕组，其中一相绕组是励磁绕组，另一相绕组是控制绕组，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。 交流伺服电动机的工作原理是：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。 为了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sm>1，这时正负序旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性曲线（）以及合成转矩特性曲线（）如图8.3所示。由图中可看出，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。 交流伺服电动机的控制方法有三种：幅值控制、相位控制和幅-相控制。幅值控制是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。相位控制是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。幅-相控制是同时改变控制电压的幅值和相位。 直流伺服电动机的基本结构与普通直流电动机的结构基本相同，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，有他励式和永磁式两种。杯形电枢直流伺服电动机的转子由非磁性材料制成空心杯形圆筒，转子较轻而使转动惯量小，响应快速。无刷直流伺服电动机用电子换向装置代替了传统的电刷和换向器，使之工作更可靠。 直流伺服电动机的基本工作原理与普通直流电动机完全相同，依靠电枢电流与气隙磁通的作用产生电磁转矩，使伺服电动机转动。通常采用电枢控制方式，即在保持励磁电压不变的条件下，通过改变电枢电压来调节转速。电枢电压越小，则转速越低；电枢电压为零时，电动机停转。 交流伺服电动机和直流伺服电动机的区别在于：直流伺服电动机的缺点是电刷和换向器易磨损，换向时产生火花，限制转速；结构复杂，制造困难，成本高。交流伺服电动机的优点是结构简单，成本低廉，转子惯量较直流电机小，容量大于直流电机。 伺服系统的性能要求包括：位移精度高、稳定性好、定位精度高、系统可靠性好、低速大转矩、快速响应性好、调速范围宽等。