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1、情景三情景三 伺服电机伺服电机任务任务3-1 3-1 直流伺服电动机原直流伺服电动机原理与应用结构与工作原理理与应用结构与工作原理知识目标知识目标1 1、掌握直流伺服电动机的结构。、掌握直流伺服电动机的结构。2 2、掌握直流伺服电动机的工作原理。、掌握直流伺服电动机的工作原理。3 3、了解直流伺服电动机的应用。、了解直流伺服电动机的应用。能力目标能力目标直流伺服电动机的接线、操作使用直流伺服电动机的接线、操作使用 伺服电动机又称伺服电动机又称执行执行电机，在自动控制系统中作为电机，在自动控制系统中作为执行执行元元件。件。功能：功能：电压信号电压信号转轴的角位移或角速度转轴的角位移或角速度分类：
2、分类：直流伺服电机直流伺服电机-功率较大，几百瓦，也可达数千瓦。功率较大，几百瓦，也可达数千瓦。 交流伺服电机交流伺服电机-两相伺服电动机，功率较小，数十瓦。两相伺服电动机，功率较小，数十瓦。自动控制系统对伺服电动机的基本要求自动控制系统对伺服电动机的基本要求： 宽广的调速范围宽广的调速范围 机械特性和调节特性为线性机械特性和调节特性为线性 无无“ “自转自转” ”现象现象-控制电压为零时能立即自行停转控制电压为零时能立即自行停转 快速响应快速响应伺服电动机和伺服系统伺服电动机和伺服系统直流伺服电动机直流伺服电动机 (DC Servo Motor)结构与分类结构与分类qq传统型直流伺服电动机传
3、统型直流伺服电动机 其结构与普通进流电动机基本相同，它可以再分为电磁其结构与普通进流电动机基本相同，它可以再分为电磁式和永磁式两种；式和永磁式两种；定子铁心冲片电枢冲片qq低惯量型直流伺服电动机低惯量型直流伺服电动机A. A. 盘形电枢直流伺服电动机：盘形电枢直流伺服电动机：伺服电动机和伺服系统伺服电动机和伺服系统定子有永久磁铁；气隙位于圆盘两边；圆盘上有印刷绕组或绕线式绕组；绕组的径向段为有效部分，电流沿径向流过圆盘；电枢绕组有效部分的裸导体表面兼作换向器。伺服电动机和伺服系统伺服电动机和伺服系统A. A. 盘形电枢直流伺服电动机：盘形电枢直流伺服电动机：绕组伺服电动机和伺服系统伺服电动机和
4、伺服系统B. B. 空心杯电枢永磁式直流伺服电动机空心杯电枢永磁式直流伺服电动机1-内定子， 2-外定子， 3-空心杯电枢， 4-电刷，5-换向器外定子为磁钢，内定子为软磁材料，或反之；非磁性空心杯电枢上可为印刷绕组，也可为绕线式绕组；空心杯直接装在电机轴上，在内、外定子间的气隙中旋转国产型号：SYK伺服电动机和伺服系统伺服电动机和伺服系统C. 无槽电枢直流伺服电动机电枢铁心上无槽，电枢绕组直接排列在铁心表面，再用环氧树脂将它与电枢铁心固化为一个整体；定子磁极为电磁或永磁式；国产型号：SWC。伺服电动机和伺服系统伺服电动机和伺服系统控制方式控制方式由直流电机原理知道：由直流电机原理知道：直流伺
5、服电动机有两种基本控制方式：1.电枢控制 改变电枢电压来控制转速，适用于电励磁和永磁励磁直流伺服电动机。2.磁极控制 调节磁通来控制转速，仅适用于电励磁直流伺服电动机。但因停转时电枢电流大，磁极绕组匝数多、电感大，时间常数大等缺点，很少采用。3. 本课程只介绍直流伺服电动机的电枢控制。伺服电动机和伺服系统伺服电动机和伺服系统不考虑电机磁路饱和，并忽略负载时电枢反应的影响，则励磁磁通正比于励磁电压，即：伺服电动机和伺服系统伺服电动机和伺服系统l l 机械特性机械特性 控制电压恒定时，电机转速随转矩的变化关系控制电压恒定时，电机转速随转矩的变化关系理想空载转速：堵转转矩：机械特性斜率：伺服电动机和
6、伺服系统伺服电动机和伺服系统l l调节特性调节特性 负载转矩恒定时，转速随控制电压变化负载转矩恒定时，转速随控制电压变化调节特性与横坐标的交点，就表示在某一电磁转矩时电动机的始动电压。从原点到始动电压点的一段范围，称为在某一电磁转矩值时伺服电动机的失灵区，也称死区。伺服电动机和伺服系统伺服电动机和伺服系统vv动态方程式动态方程式电压方程运动方程伺服电动机和伺服系统伺服电动机和伺服系统设设：机电时间常数电气时间常数当已知各常数，就可解该方程，获得角速度变化规律伺服电动机和伺服系统伺服电动机和伺服系统v传递函数对上述方程式进行拉氏变换，用s表示拉氏算子，则可得下列象函数方程：每个方程都可以用一个方
7、块图表示。伺服电动机和伺服系统伺服电动机和伺服系统方块图方块图设TL=0，则可简化为：结构图结构图传递函数：通常， ，所以近似有：vv时间常数时间常数设电枢外施阶跃电压Uc，其象函数为：利用拉氏反变换公式：可得电机角速度随时间变化的规律为：机械时间常数定义：当电动机空载时电枢外施阶跃电压，其角速度从0上升到稳定角速度的63.2%时所需要的时间。qq机械时间常数与转动惯量成正比；机械时间常数与转动惯量成正比；qq与电机的每极气隙磁通与电机的每极气隙磁通FF的平方成反比，为了减小电机机的平方成反比，为了减小电机机械时间常数，应增加每极气隙磁通；械时间常数，应增加每极气隙磁通；qq与电枢电阻与电枢电
8、阻R Ra a的大小成正比，为减小时间常数，应尽可的大小成正比，为减小时间常数，应尽可能减小电枢电阻，当伺服电动机用于自动控制系统，并能减小电枢电阻，当伺服电动机用于自动控制系统，并由放大器供给控制电压时，应计入放大器的内阻由放大器供给控制电压时，应计入放大器的内阻R Ri i，R Ra a+ +R Ri i；qq直流伺服电动机的机械时间常数一般直流伺服电动机的机械时间常数一般30ms30ms，低惯量直，低惯量直流伺服电机的时间常数流伺服电机的时间常数10ms10ms。机械时间常数也可写为：可见，机械特性曲线越平坦(即机械特性越硬)，则tm越小。2.3 直流力矩电动机直流力矩电动机(Torqu
9、e Motor)性能特点：低速、大转矩，转矩波动小，特性的直线性好，在堵转条件下能长期工作。原理：与一般直流伺服电动机相同。结构特点：与一般直流伺电动机不同，呈扁平形，以获得较大的转矩。电枢长度与直径之比一般为左右。思考题：思考题：思考题：思考题：为什么在电枢体积相同、电枢电流和电流密为什么在电枢体积相同、电枢电流和电流密为什么在电枢体积相同、电枢电流和电流密为什么在电枢体积相同、电枢电流和电流密度相同以及磁密相同条件下，能产生较大转矩？度相同以及磁密相同条件下，能产生较大转矩？度相同以及磁密相同条件下，能产生较大转矩？度相同以及磁密相同条件下，能产生较大转矩？1-定子；2-转子；3-电刷；4-电枢绕组；5-槽楔兼换向器片；6-铜环
