任务41 伺服电动机的认知

1、项目项目4 特种电机的认知特种电机的认知【项目目标】【项目目标】【项目内容】【项目内容】 伺服电动机的结构、工作原理及应用； 测速发电机的结构、工作原理及应用；步进电动机的结构、工作原理及应用；直线电动机的结构、工作原理及应用； 微型同步电动机的结构、工作原理及应用。 熟悉常用特种电机的结构、类型、作用、工作原理及工作特性；掌握特种电机的控制方式和应用。 任务任务4.1 伺服电动机的认知伺服电动机的认知 伺服电动机按电源不同分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。一、直流伺服电动机一、直流伺服电动机1.直流伺服电动机的分类直流伺服电动机的分类 直流伺服电动机按结构可分为传统型直流伺服电动机、

2、盘形电枢直流伺服电动机、空心杯电枢直流伺服电动机、无槽电枢直流伺服电动机等几种。2.直流伺服电动机的结构直流伺服电动机的结构 (1)传统型直流伺服电动机 传统型直流伺服电动机的结构形式和普通直流电动机基本相同，也是由定子、转子两大部分组成，按照励磁方式不同，又可分为永磁式(代号SY)和电磁式(代号SZ)两种。永磁式直流伺服电动机是在定子上装置由永久磁钢做成的磁极，其磁场不能调节。 电磁式直流伺服电动机的定子通常由硅钢片冲制叠装而成，磁极和磁轭整体相连。在磁极铁芯上套有励磁绕组如图4-1所示。(2)盘形电枢直流伺服电动机 盘形电枢直流伺服电动机的结构如图4-2所示。 (3)空心杯电枢直流伺服电动

3、机 空心杯电枢直流伺服电动机结构如图4-3所示。 (4)无槽电枢直流伺服电动机 无槽电枢直流伺服电动机的结构如图4-4所示。 3.工作原理工作原理 各种直流伺服电动机的工作原理与普通直流电动机原理相似，其转速公式为 通过改变电枢电压来控制电动机称为电枢控制；通过改变磁通来控制电动机称为磁极控制。磁极控制的直流伺服电动机的工作特性较差，实际使用中很少被采用。 4.运行特性 由他励式直流电动机的机械特性方程可知 电枢控制直流伺服电动机时，电枢绕组为控制绕组，上式可写成： 电枢控制直流伺服电动机的机械特性nf(Tem)和调节特性nf(U)。 (1)机械特性其特点有： 机械特性是线性关系，转速随输出转

4、矩的增加而降低。 电磁转矩等于零时，直流伺服电动机的转速最高。 曲线的斜率反映直流伺服电动机的转速随转矩变化而变化的程度，又称为特性硬度。 随着电枢控制电压的变化，特性曲线平行移动且斜率保持不变。电枢控制直流伺服电动机的机械特性如图4-5所示。 (2)调节特性的特点有： 当负载转矩一定时，转速与电压为线性关系，即控制电压增加、转速增加。 启动时，不同的负载转矩需有不同的启动电压U0，当控制电压小于启动电压U0时，电枢控制直流伺服电动机就不会启动。 启动电压与负载转矩成正比。 曲线的斜率反映直流伺服电动机的转速随控制电压变化而变化的程度，也称为调节特性硬度。 随着电枢控制电压的变化，特性曲线平行

5、移动且斜率保持不变。电枢控制直流伺服电动机的调节特性如图4-6所示。 二、交流伺服电动机二、交流伺服电动机 1.交流伺服电动机的结构交流伺服电动机的结构 交流伺服电动机的转子通常有以下三种结构形式。 (1)高电阻导条的笼型转子 这种转子结构和普通笼型转子的结构相同，但为了减小转子的转动惯量，一般做成细长形，笼型导条和端环采用高电阻率的黄铜、青铜等导电材料制造。 (2)非磁性空心杯转子励磁绕组和 控制绕组外定子铁芯空心杯转子内定子铁芯转轴轴承非磁性空心杯转子交流伺服电动机的结构如图4-7所示。 2.交流伺服电动机的基本工作原理交流伺服电动机的基本工作原理 交流伺服电动机工作原理如图4-8所示。当

6、励磁绕组接入额定励磁电压ufN，而控制绕组接入伺服放大器输出的额定控制电压ukN，并且ufN和ukN相位差90o时，两相绕组的电流在气隙中建立的合成磁通势是圆形旋转磁通势，其旋转磁场在杯形转子的杯形筒壁上或在笼型转子导条中感应出电动势及其电流，转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩。 (3)铁磁性空心转子 这种转子用铁磁材料(纯铁)制成，转子本身既作为主磁通磁路，又作为转子绕组，故可不要内定子铁芯，此类电动机的结构较简单。 3.控制方式控制方式 交流伺服电动机的控制方法有三种。 (1)幅值控制，是指控制电压uk和励磁电压uf保持相位差90o，只改变控制电压uk的幅值。交流伺服电动机幅值控制方式

7、线路图如图4-8所示。 (2)相位控制，控制电压和励磁电压均为额定电压，通过改变控制电压和励磁电压的相位差，实现对伺服电动机的控制。 (3)幅相控制，是对幅值和相位差都进行控制，通过改变控制电压的幅值及控制电压与励磁电压的相位差控制伺服电动机的转速。幅相控制原理图如图4-9所示。 三、伺服电动机的应用三、伺服电动机的应用1.对伺服电动机的基本性能要求对伺服电动机的基本性能要求 对伺服电动机的要求主要是运行高可靠性、特性参数高精度性和响应速度高灵敏性等。2.伺服电动机的特点伺服电动机的特点 (1)有宽广的调速范围。 (2)机械特性和调节特性线性度好。 (3)无自转现象。 (4)能快速响应。3.伺服电动机的应用伺服电动机的应用 伺服电动机从工作原理上看和普通电动机没有本质的区别，但在电动机运行特性