;7.1伺服电动机
伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件,可将控制电信号转换为转轴的角位移或角速度。通过改变控制电信号的大小和极性,可改变电动机的转速大小和转向。
交、直流伺服电动机作为执行元件,可用于中高档数控机床的主轴驱动和速度进给伺服系统,工业用机器人的关节驱动伺服系统,火炮、机载雷达等伺服系统。;自动控制系统对伺服电动机的基本要求如下:
(1)无“自转”现象:即要求控制电机在有控制信号时迅速转动,而当控制信号消失时必须立即停止转动。控制信号消失后,电机仍然转动的现象称为自转,自动控制系统不允许有
“自转”现象。
(2)空载始动电压低:电机空载时,转子从静止到连续转动的最小控制电压称为空载始动电压。始动电压越小,电机的灵敏度越高。;(3)机械特性和调节特性的线性度好:线性的机械特性和调节特性有利于提高系统的控制精度,能在宽广的范围内平滑、稳定地调速。
(4)快速响应性好:即要求电机的机电时间常数要小,堵转转矩要大,转动惯量要小,转速能随控制电压的变化而迅速变化。;7.1.1直流伺服电动机
1.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与普通直流电动机相同,只是它的容量和体积要小得多。按励磁方式,它又可以分为电磁式和永磁式两种。;2)低惯量型直流伺服电动机
低惯量型直流伺服电动机的机电时间常数小,大大改善了电机的动态特性。;;;;2.直流伺服电动机的工作原理与控制方式
直流伺服电动机的工作原理与普通直流电动机相同。只要在其励磁绕组通入励磁电流产生磁场,当电枢绕组中通过电枢电流时,电枢电流就与磁场相互作用产生电磁转矩,使电动机转动。这两个绕组其中一个断电时,电动机立即停转,无自转现象。;;3.直流伺服电动机的静态特性(电枢控制方式)
1)机械特性
采用电枢控制方式的直流伺服电动机,当控制电压Uc=常数时,磁通Φ=常数(不考虑电枢反应),其转速n与电磁转矩T之间的关系曲线n=f(T)称为机械特性。直流伺服电动机的机械特性表达式与他励直流电动机的机械特性表达式相同,为
(7-1);;2)调节特性
在电动机的电磁转矩T=常数时,伺服电动机稳定运行时的转速n与控制电压Uc之间的关系曲线n=f(Uc)称为调节特性。由式(7-1)可知,在T=常数时,磁通Φ=常数,转速n与控制电压Uc为线性关系,转矩T不同时,调节特性是一组平行的直线,如图7-6所示。;;4.直流伺服电动机的应用
电子电位差计是用伺服电动机作为执行元件的闭环自动测温系统,常用于工业企业的加热炉温度测量,它的基本电路原理图如图7-7所示。;;7.1.2交流伺服电动机
1.交流异步伺服电动机的基本结构
交流异步伺服电动机的结构类似单相异步电动机。其定子铁芯中安放着空间相距90°电角度的两相绕组,其中一相作为励磁绕组,另一相作为控制绕组。;1)高电阻率导条的笼型转子
高电阻率导条的笼型转子结构与普通笼型异步电动机的笼型转子结构类似,但是为了减小转子的转动惯量,转子做得细
而长。转子笼条和端环既可采用高电阻率的导电材料(如黄铜、青铜等)制造,也可采用铸铝转子。
2)非磁性空心杯形转子
非磁性空心杯形转子的结构如图7-8所示。;;2.交流异步伺服电动机的工作原理
交流异步伺服电动机实际上是一种两相异步电动机,运行时,励磁绕组接至电压恒为的交流电源,控制绕组输入控制电压频率相同,如图7-9所示。;;;3.交流伺服电动机的控制方式
对于两相交流伺服电动机,若在其定子对称的两相交流绕组中通以两相不对称交流电流,即两相电流幅值不同或相位差不是90°电角度,则气隙旋转磁场是椭圆形的。;;;;4.交流伺服电动机的静态特性(幅相控制)
1)机械特性
机械特性是指控制电压(控制电信号)保持定值不变时,电磁转矩与转速之间的函数关系。;;2)调节特性
调节特性是指输出转矩保持定值不变时,转速与控制电信号之间的函数关系。
通过已得到的机械特性,可用作图法求出对应的调节特性,如图7-15所示。通过调节特性可以直观地看出转速随控制电信号的变化规律。;;7.2步进电动机
步进电动机是一种将电脉冲信号转换为相应角位移或直线位移的电动机,每当输入一个电脉冲信号,转子就转动一个角度或前进一步,其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比,转速与脉冲频率成正比。因此,步进电动机又称脉冲电动机。步进电动机的种类很多,一般按