伺服电机内部结构及其工作原理

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1、伺服电机内部结构伺服电机工作原理伺 服 电 机 原 理 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 上 装 有 两 个 位 置 互 差 90的 绕 组 ， 一 个 是 励 磁 绕 组 它 始 终 接 在 交 流 电压 ； 另 一 个 是 控 制 绕 组 L， 联 接 控 制 信 号 电 压 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

2、 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

3、小 磁 路 的 磁 阻 ， 要 在 空 心 杯 形转 子 内 放 置 固 定 的 内 定 子 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 。 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

4、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

5、 。 它 可 使 临 界 转 差 率 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 。 2、 运 行 范 围 较 广 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

6、 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 （ 2 曲 线 ） 以 及 合 成 转 矩 特 性 （ T S 曲 线 ） 交 流 伺 服 电 动 机 的 输 出 功 率 一 般 是 当 电 源 频 率 为 50电压 有 36V、 110V、 220、 380V； 当 电 源 频 率 为 400电 压 有 20V、 26V、 36V、 115V 等 多 种 。 交 流 伺 服 电 动 机 运 行 平 稳 、 噪 音 小 。 但 控 制 特 性 是 非 线 性 ， 并 且 由 于 转 子电 阻 大 ， 损 耗

7、 大 ， 效 率 低 ， 因 此 与 同 容 量 直 流 伺 服 电 动 机 相 比 ， 体 积 大 、 重 量重 ， 所 以 只 适 用 于 小 功 率 控 制 系 统 。 交 流 伺 服 电 动 机 原 理 ？ 伺 服 电 机 内 部 的 转 子 是 永 磁 铁 ， 驱 动 器 控 制 的 U/V/W 三 相 电 形 成 电 磁 场 ， 转子 在 此 磁 场 的 作 用 下 转 动 ， 同 时 电 机 自 带 的 编 码 器 反 馈 信 号 给 驱 动 器 ， 驱 动 器根 据 反 馈 值 与 目 标 值 进 行 比 较 ， 调 整 转 子 转 动 的 角 度 。 伺 服 电 机 的 精

8、度 决 定 于编 码 器 的 精 度 （ 线 数 ） 。伺 服 电 动 机 在 伺 服 系 统 中 控 制 机 械 元 件 运 转 的 发 动 机 种 补 助 马 达 间 接 变速 装 置 。 又 称 执 行 电 动 机 ， 在 自 动 控 制 系 统 中 ， 用 作 执 行 元 件 ， 把 所 收 到 的 电信 号 转 换 成 电 动 机 轴 上 的 角 位 移 或 角 速 度 输 出 。 分 为 直 流 和 交 流 伺 服 电 动 机 两大 类 ， 其 主 要 特 点 是 ， 当 信 号 电 压 为 零 时 无 自 转 现 象 ， 转 速 随 着 转 矩 的 增 加 而匀 速 下 降 ，

9、作 用 ： 伺 服 电 机 ,可 使 控 制 速 度 ,位 置 精 度 非 常 准 确 。直 流 伺 服 电 机 分 为 有 刷 和 无 刷 电 机 。有 刷 电 机 成 本 低 ， 结 构 简 单 ， 启 动 转 矩 大 ， 调 速 范 围 宽 ， 控 制 容 易 ， 需 要维 护 ， 但 维 护 方 便 （ 换 碳 刷 ） ， 产 生 电 磁 干 扰 ， 对 环 境 有 要 求 。 因 此 它 可 以 用于 对 成 本 敏 感 的 普 通 工 业 和 民 用 场 合 。 无 刷 电 机 体 积 小 ， 重 量 轻 ， 出 力 大 ， 响 应 快 ， 速 度 高 ， 惯 量 小 ， 转 动

10、平 滑， 力 矩 稳 定 。 控 制 复 杂 ， 容 易 实 现 智 能 化 ， 其 电 子 换 相 方 式 灵 活 ， 可 以 方 波 换相 或 正 弦 波 换 相 。 电 机 免 维 护 ， 效 率 很 高 ， 运 行 温 度 低 ， 电 磁 辐 射 很 小 ， 长 寿命 ， 可 用 于 各 种 环 境 。 交 流 伺 服 电 机 也 是 无 刷 电 机 ， 分 为 同 步 和 异 步 电 机 ， 目 前 运 动 控 制 中 一 般都 用 同 步 电 机 ， 它 的 功 率 范 围 大 ， 可 以 做 到 很 大 的 功 率 。 大 惯 量 ， 最 高 转 动 速度 低 ， 且 随 着 功

11、 率 增 大 而 快 速 降 低 。 因 而 适 合 做 低 速 平 稳 运 行 的 应 用 。 伺 服 电 动 机 基 本 知 识 讲 解伺 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 用 的 是 30W 以 下 。 伺 服 电 动 机

12、 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 它 始 终接 在 交 流 电 压 ； 另 一 个 是 控 制 绕 组 L， 联 接 控 制 信 号 电 压 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

13、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

14、 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

15、 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

16、 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 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