發(fā)表于:2005/8/8 10:55:00
#0樓
伺服電動機
伺服電動機(或稱執(zhí)行電動機)是自動控制系統(tǒng)和計算裝置中廣泛應(yīng)用的一種執(zhí)行元件。其作用為把接受的電信號轉(zhuǎn)換為電動機轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。按電流種類的不同,伺服電動機可分為直流和交流兩大類。
一、交流伺服電動機
1、結(jié)構(gòu)和原理
交流伺服電動機的定子繞組和單相異步電動機相似,它的定子上裝有兩個在空間相差90°電角度的繞組,即勵磁繞組和控制繞組。運行時勵磁繞組始終加上一定的交流勵磁電壓,控制繞組上則加大小或相位隨信號變化的控制電壓。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式籠型轉(zhuǎn)子和空心杯型轉(zhuǎn)子兩種?;\型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與一般籠型異步電動機的轉(zhuǎn)子相同,但轉(zhuǎn)子做的細長,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體用高電阻率的材料作成。其目的是為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,增加啟動轉(zhuǎn)矩對輸入信號的快速反應(yīng)和克服自轉(zhuǎn)現(xiàn)象??招谋无D(zhuǎn)子交流伺服電動機的定子分為外定子和內(nèi)定子兩部分。外定子的結(jié)構(gòu)與籠型交流伺服電動機的定子相同,鐵心槽內(nèi)放有兩相繞組。空心杯形轉(zhuǎn)子由導(dǎo)電的非磁性材料(如鋁)做成薄壁筒形,放在內(nèi)、外定子之間。杯子底部固定于轉(zhuǎn)軸上,杯臂薄而輕,厚度一般在0.2—0.8mm,因而轉(zhuǎn)動慣量小,動作快且靈敏。
交流伺服電動機的工作原理和單相異步電動機相似,LL是有固定電壓勵磁的勵磁繞組,LK是有伺服放大器供電的控制繞組,兩相繞組在空間相差90°電角度。如果IL與Ik 的相位差為90°,而兩相繞組的磁動勢幅值又相等,這種狀態(tài)稱為對稱狀態(tài)。與單相異步電動機一樣,這時在氣隙中產(chǎn)生的合成磁場為一旋轉(zhuǎn)磁場,其轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對切割,在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。如果改變加在控制繞組上的電流的大小或相位差,就破壞了對稱狀態(tài),使旋轉(zhuǎn)磁場減弱,電動機的轉(zhuǎn)速下降。電機的工作狀態(tài)越不對稱,總電磁轉(zhuǎn)矩就越小,當(dāng)除去控制繞組上信號電壓以后,電動機立即停止轉(zhuǎn)動。這是交流伺服電動機在運行上與普通異步電動機的區(qū)別。
交流伺服電動機有以下三種轉(zhuǎn)速控制方式:
(1)幅值控制 控制電流與勵磁電流的相位差保持90°不變,改變控制電壓的大小。
(2) 相位控制 控制電壓與勵磁電壓的大小,保持額定值不變,改變控制電壓的相位。
(3)幅值—相位控制 同時改變控制電壓幅值和相位。交流伺服電動機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向隨控制電壓相位的反相而改變。
2 工作特性和用途
伺服電動機的工作特性是以機械特性和調(diào)節(jié)特性為表征。在控制電壓一定時,負載增加,轉(zhuǎn)速下降;它的調(diào)節(jié)特性是在負載一定時,控制電壓越高,轉(zhuǎn)速也越高。伺服電動機有三個顯著特點:
(1)啟動轉(zhuǎn)矩大 由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻很大,可使臨界轉(zhuǎn)差率Sm>1,定子一加上控制電壓,轉(zhuǎn)子立即啟動運轉(zhuǎn).
(2)運行范圍寬 在轉(zhuǎn)差率從0到1的范圍內(nèi)都能穩(wěn)定運轉(zhuǎn).
(3)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象 控制信號消失后,電動機旋轉(zhuǎn)不停的現(xiàn)象稱"自轉(zhuǎn)".自轉(zhuǎn)現(xiàn)象破壞了伺服性,顯然要避免.
正常運轉(zhuǎn)的伺服電動機只要失去控制電壓后,伺服電動機就處于單相運行狀態(tài)。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻足夠大,使得總電磁轉(zhuǎn)矩始終是制動性的轉(zhuǎn)矩,當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)時失去Uk(控制電壓),產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為負(0<S<1)。而反轉(zhuǎn)時失去UK,產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正(1〈S〈2時〉,不會產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,可以自行制動,迅速停止運轉(zhuǎn),這也是交流伺服電動機與異步電動機的重要區(qū)別。
不同類型的交流伺服電動機具有不同的特點?;\型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機具有勵磁電流較小、體積較小、機械強度高等特點;但是低速運行不夠平穩(wěn),有抖動現(xiàn)象??招谋无D(zhuǎn)子交流伺服電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、轉(zhuǎn)動慣量小、運行平滑、噪聲小、沒有無線電干擾、無抖動現(xiàn)象等優(yōu)點;但是勵磁電流較大,體積也較大,轉(zhuǎn)子易變形,性能上不及直流伺服電動機。
交流伺服電動機適用于0.1—100W小功率自動控制系統(tǒng)中,頻率有50Hz、400Hz等多種?;\型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機產(chǎn)品為SL系列??招谋无D(zhuǎn)子交流伺服電動機為SK系列,用于要求運行平滑的系統(tǒng)中。
二、直流伺服電動機
直流伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)與普通他勵直流電動機一樣,所不同的是直流伺服電動機的電樞電流很小,換向并不困難,因此都不用裝換向磁極,并且轉(zhuǎn)子做得細長,氣隙較小,磁路不飽和,電樞電阻較大。按勵磁方式不同,可分為電磁式和永磁式兩種,電磁式直流伺服電動機的磁場由勵磁繞組產(chǎn)生,一般用他勵式;永磁式直流伺服電動機的磁場由永久磁鐵產(chǎn)生,無需勵磁繞組和勵磁電流,可減小體積和損耗。為了適應(yīng)各種不同系統(tǒng)的需要,從結(jié)構(gòu)上作了許多改進,又發(fā)展了低慣量的無槽電樞、空心杯形電樞、印制繞組電樞和無刷直流伺服電動機等品種。
電磁式直流伺服電動機的工作原理和他勵式直流電動機同,因此電磁式直流伺服電動機有兩種控制轉(zhuǎn)速方式:電樞控制和磁場控制。對永磁式直流伺服電動機來說,當(dāng)然只有電樞控制調(diào)速一種方式。由于磁場控制調(diào)速方式的性能不如電樞控制調(diào)速方式,故直流伺服電動機一般都采用電樞控制調(diào)速。直流伺服電動機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向隨控制電壓的極性改變而改變。
直流伺服電動機的機械特性與他勵直流電動機相似,即n=n0-αT。當(dāng)勵磁不變時,對不同電壓Ua有一組下降的平行直線。
直流伺服電動機適用于功率稍大(1—600W)的自動控制系統(tǒng)中。與交流伺服電動機相比,它的調(diào)速線性好,體積小,質(zhì)量輕,啟動轉(zhuǎn)矩大,輸出功率大。但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,特別是低速穩(wěn)定性差,有火花會引起無線電干擾。近年來,發(fā)展了低慣量的無槽電樞電動機、空心杯形電樞電動機、印制繞組電樞電動機和無刷直流伺服電動機,來提高快速響應(yīng)能力,適應(yīng)自動控制系統(tǒng)的發(fā)展需要,如電視攝象機、錄音機、X—Y函數(shù)記錄儀及機床控制系統(tǒng)等。
伺服電動機(或稱執(zhí)行電動機)是自動控制系統(tǒng)和計算裝置中廣泛應(yīng)用的一種執(zhí)行元件。其作用為把接受的電信號轉(zhuǎn)換為電動機轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。按電流種類的不同,伺服電動機可分為直流和交流兩大類。
一、交流伺服電動機
1、結(jié)構(gòu)和原理
交流伺服電動機的定子繞組和單相異步電動機相似,它的定子上裝有兩個在空間相差90°電角度的繞組,即勵磁繞組和控制繞組。運行時勵磁繞組始終加上一定的交流勵磁電壓,控制繞組上則加大小或相位隨信號變化的控制電壓。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式籠型轉(zhuǎn)子和空心杯型轉(zhuǎn)子兩種?;\型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與一般籠型異步電動機的轉(zhuǎn)子相同,但轉(zhuǎn)子做的細長,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體用高電阻率的材料作成。其目的是為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,增加啟動轉(zhuǎn)矩對輸入信號的快速反應(yīng)和克服自轉(zhuǎn)現(xiàn)象??招谋无D(zhuǎn)子交流伺服電動機的定子分為外定子和內(nèi)定子兩部分。外定子的結(jié)構(gòu)與籠型交流伺服電動機的定子相同,鐵心槽內(nèi)放有兩相繞組。空心杯形轉(zhuǎn)子由導(dǎo)電的非磁性材料(如鋁)做成薄壁筒形,放在內(nèi)、外定子之間。杯子底部固定于轉(zhuǎn)軸上,杯臂薄而輕,厚度一般在0.2—0.8mm,因而轉(zhuǎn)動慣量小,動作快且靈敏。
交流伺服電動機的工作原理和單相異步電動機相似,LL是有固定電壓勵磁的勵磁繞組,LK是有伺服放大器供電的控制繞組,兩相繞組在空間相差90°電角度。如果IL與Ik 的相位差為90°,而兩相繞組的磁動勢幅值又相等,這種狀態(tài)稱為對稱狀態(tài)。與單相異步電動機一樣,這時在氣隙中產(chǎn)生的合成磁場為一旋轉(zhuǎn)磁場,其轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對切割,在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。如果改變加在控制繞組上的電流的大小或相位差,就破壞了對稱狀態(tài),使旋轉(zhuǎn)磁場減弱,電動機的轉(zhuǎn)速下降。電機的工作狀態(tài)越不對稱,總電磁轉(zhuǎn)矩就越小,當(dāng)除去控制繞組上信號電壓以后,電動機立即停止轉(zhuǎn)動。這是交流伺服電動機在運行上與普通異步電動機的區(qū)別。
交流伺服電動機有以下三種轉(zhuǎn)速控制方式:
(1)幅值控制 控制電流與勵磁電流的相位差保持90°不變,改變控制電壓的大小。
(2) 相位控制 控制電壓與勵磁電壓的大小,保持額定值不變,改變控制電壓的相位。
(3)幅值—相位控制 同時改變控制電壓幅值和相位。交流伺服電動機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向隨控制電壓相位的反相而改變。
2 工作特性和用途
伺服電動機的工作特性是以機械特性和調(diào)節(jié)特性為表征。在控制電壓一定時,負載增加,轉(zhuǎn)速下降;它的調(diào)節(jié)特性是在負載一定時,控制電壓越高,轉(zhuǎn)速也越高。伺服電動機有三個顯著特點:
(1)啟動轉(zhuǎn)矩大 由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻很大,可使臨界轉(zhuǎn)差率Sm>1,定子一加上控制電壓,轉(zhuǎn)子立即啟動運轉(zhuǎn).
(2)運行范圍寬 在轉(zhuǎn)差率從0到1的范圍內(nèi)都能穩(wěn)定運轉(zhuǎn).
(3)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象 控制信號消失后,電動機旋轉(zhuǎn)不停的現(xiàn)象稱"自轉(zhuǎn)".自轉(zhuǎn)現(xiàn)象破壞了伺服性,顯然要避免.
正常運轉(zhuǎn)的伺服電動機只要失去控制電壓后,伺服電動機就處于單相運行狀態(tài)。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻足夠大,使得總電磁轉(zhuǎn)矩始終是制動性的轉(zhuǎn)矩,當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)時失去Uk(控制電壓),產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為負(0<S<1)。而反轉(zhuǎn)時失去UK,產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正(1〈S〈2時〉,不會產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,可以自行制動,迅速停止運轉(zhuǎn),這也是交流伺服電動機與異步電動機的重要區(qū)別。
不同類型的交流伺服電動機具有不同的特點?;\型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機具有勵磁電流較小、體積較小、機械強度高等特點;但是低速運行不夠平穩(wěn),有抖動現(xiàn)象??招谋无D(zhuǎn)子交流伺服電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、轉(zhuǎn)動慣量小、運行平滑、噪聲小、沒有無線電干擾、無抖動現(xiàn)象等優(yōu)點;但是勵磁電流較大,體積也較大,轉(zhuǎn)子易變形,性能上不及直流伺服電動機。
交流伺服電動機適用于0.1—100W小功率自動控制系統(tǒng)中,頻率有50Hz、400Hz等多種?;\型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機產(chǎn)品為SL系列??招谋无D(zhuǎn)子交流伺服電動機為SK系列,用于要求運行平滑的系統(tǒng)中。
二、直流伺服電動機
直流伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)與普通他勵直流電動機一樣,所不同的是直流伺服電動機的電樞電流很小,換向并不困難,因此都不用裝換向磁極,并且轉(zhuǎn)子做得細長,氣隙較小,磁路不飽和,電樞電阻較大。按勵磁方式不同,可分為電磁式和永磁式兩種,電磁式直流伺服電動機的磁場由勵磁繞組產(chǎn)生,一般用他勵式;永磁式直流伺服電動機的磁場由永久磁鐵產(chǎn)生,無需勵磁繞組和勵磁電流,可減小體積和損耗。為了適應(yīng)各種不同系統(tǒng)的需要,從結(jié)構(gòu)上作了許多改進,又發(fā)展了低慣量的無槽電樞、空心杯形電樞、印制繞組電樞和無刷直流伺服電動機等品種。
電磁式直流伺服電動機的工作原理和他勵式直流電動機同,因此電磁式直流伺服電動機有兩種控制轉(zhuǎn)速方式:電樞控制和磁場控制。對永磁式直流伺服電動機來說,當(dāng)然只有電樞控制調(diào)速一種方式。由于磁場控制調(diào)速方式的性能不如電樞控制調(diào)速方式,故直流伺服電動機一般都采用電樞控制調(diào)速。直流伺服電動機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向隨控制電壓的極性改變而改變。
直流伺服電動機的機械特性與他勵直流電動機相似,即n=n0-αT。當(dāng)勵磁不變時,對不同電壓Ua有一組下降的平行直線。
直流伺服電動機適用于功率稍大(1—600W)的自動控制系統(tǒng)中。與交流伺服電動機相比,它的調(diào)速線性好,體積小,質(zhì)量輕,啟動轉(zhuǎn)矩大,輸出功率大。但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,特別是低速穩(wěn)定性差,有火花會引起無線電干擾。近年來,發(fā)展了低慣量的無槽電樞電動機、空心杯形電樞電動機、印制繞組電樞電動機和無刷直流伺服電動機,來提高快速響應(yīng)能力,適應(yīng)自動控制系統(tǒng)的發(fā)展需要,如電視攝象機、錄音機、X—Y函數(shù)記錄儀及機床控制系統(tǒng)等。