伺服电动机PPT课件

-,1,-,2,1熟悉交流伺服电动机的结构、原理和特点。2.熟悉直流伺服电动机的结构、原理和特点。3掌握伺服电动机的维护方法。4了解伺服驱动器。,-,3,控制电机主要用于自动控制系统和计算装置中，着重于特性的精度和对控制信号的快速响应等。,控制电机与普通电机的异同,普通电机与控制电机在结构上并无本质区别，区别主要在于应用场合不同，用途不一样，对其性能指标的要求也不一样。,普通电机主要用于电力拖动系统中，用来完成机电能量的转换，着重于启动和运转状态能力指标的要求。,-,4,控制电机的特点,1.控制电机在自动控制系统和计算装置中作为执行元件、检测元件和解算元件。2.控制电机的输出功率较小，一般从数百豪瓦到数百瓦。,控制电机的应用,控制电机在现代工业自动控制系统、现代科学技术和军事装备中是必不可少的重要设备。如在数控机床、火炮和雷达的自动定位、飞机的自动驾驶以及医疗等方面都有广泛的应用。,-,5,“伺服”词源于希腊语“奴隶”的意思。,“伺服”的含义Servomechanism,-,6,伺服电机（servomotor）又称执行电动机，在自动控制系统中，它的转矩和转速受信号电压控制。当信号电压的大小和相位发生变化时，电动机的转速和转动方向将非常灵敏和准确地跟着变化。当信号消失时，转子能及时地停转。,-,7,在有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没有控制信号输入，它就停止转动。改变控制电压的大小和相位(或极性)就可改变伺服电动机的转速和转向。,伺服电机最大特点,-,8,(1)调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控制电压改变，能在宽广的范围内连续调节。(2)转子的惯性小，即能实现迅速起动、停转。(3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。(4)无“自转”现象，伺服电动机在控制电压消失后，应立即停转；,-,9,伺服电动机典型生产厂家,德国西门子，产品外形有：,伺服电机,伺服电机驱动器,-,10,日本松下及安川，产品外形有：,松下交流伺服电机及驱动器,安川伺服电机驱动器,-,11,交流伺服电机系统,驱动器,交流伺服电机器,-,12,一、直流伺服电动机,直流伺服电机的结构和工作原理与他励直流电动机相同。按励磁方式分为：他励式和永磁式两种。,1.结构与工作原理,直流伺服电动机实物图,他励式磁场由励磁绕组产生永磁式磁场由永久磁铁产生,-,13,1）电枢控制：通过改变电枢电压的大小和方向来达到改变直流伺服电机的转速和方向。（信号电压加在电枢绕组两端），机械特性线性度好、精度高、响应速度快等优点，工程上该方法最常用。2）磁场控制：通过改变励磁电压大小和方向来改变直流伺服电动机的转速和转向。（信号加在励磁绕组两端）,采用电枢控制时，其机械特性方程为：,2.控制方式,-,14,励磁绕组接与恒压直流电源Uf上，流过恒定励磁电流If，产生恒定磁通，将控制电压Uc加在电枢绕组上来控制电枢电流Ic，进而控制电磁转矩T，实现对电动机转速的控制。,-,15,直流伺服电动机的电路与机械特性,在负载转矩一定，磁通不变时，控制电压Uc高，转速也高，转速的增加与控制电压的增加成正比；当Uc=0时，n=0，电动机停转。,当电枢电压改变时，可得一组平行的机械特性。,当电枢电压一定时，T越大，n越低。,-,16,改变电枢电压的极性，伺服电动机就反转。,可控性,-,17,使用时要先接通励磁电源，等待控制信号。一旦控制信号出现，电动机马上起动，快速进入运行；当信号消失，电动机马上停转。工作工程中要防止励磁绕组断电，以防止因超速而损坏。,3.使用直流伺服电动机的注意事项,-,18,1.结构,由定子和转子二大部分组成,1）定子由铁心和线圈组成。定子铁心槽内嵌有两相绕组，一个励磁绕组，一个控制绕组，空间上互差90电角度。,励磁绕组,控制绕组,励磁电压,控制电压,二、交流伺服电动机,-,19,-,20,a笼型转子,但为了减少转子的转动惯量，做的细而长。导条及端环可用高电阻率的导电材料（黄铜、青铜等），也可用铸铝转子。,铸铝的笼型转子,2）转子,笼型转子,-,21,b非磁性空心杯转子,薄壁圆筒形，放于内外定子之间。外定子上装有空间上互差90电角度的两相绕组，内定子铁心只用作闭合磁路，减小磁阻。一般壁厚为0.3mm。,杯型转子,-,22,2.工作原理,工作时，在励磁绕组上加单相交流电Uf，在控制绕组上加控制信号电压Uc，二者同频率，由于电流If和Ic在相位上相差90，它们产生的磁通f和c在相位上也相差90，于是在空间产生一个两相旋转磁场。此时交流伺服电动机的转子向某一个方向旋转。当控制信号电压为零时，如果转子是普通的阻值较小的转子，则转子在惯性的作用下继续旋转，这种现象称为“自转”，失去可控性。,-,23,“自转”现象的产生,两相异步电动机正常运行时，若转子电阻较小，当控制电压变为零时，电动机便成为单相异步电动机会继续运行，而不能立即停转，称为“自转”现象。,-,24,-,25,当控制电压UC=0，只有励磁电压Uf时，在单个绕组中通入交流电流产生的单相脉动磁场可分为两个大小相等、方向相反的旋转磁场，正向旋转磁场对转子产生拖动转矩T+，反向旋转磁场对转子产生制动转矩T。当增大转子电阻，使sm1时，其合成转矩T在电动机工作状态时成为负值，即当控制电压消失后，处于单相运行的电动机由于电磁转矩为制动性质。当电动机正转时失去控制电压，产生的总转矩T为负（0s1）；而反转时失去控制电压，产生的转矩总转矩T为正（1s2）。消除了自转现象，可以自行制动。,-,26,目的：1）为了增大异步伺服电动机的调速范围并满足机械特性更接近于线性的要求。2）防止出现“自转”现象。,异步伺服电动机与普通异步电动机的重要区别之一是转子电阻大。,-,27,增加转子电阻的优点：,曲线1为一般电动机的机械特性sm=0.10.2，其稳定运行区在s=00.1之间，所以调速范围很小。如果增大转子电阻，使sm1，这样电动机的机械特性曲线变为右图中的曲线2或3，其机械特性更接近于线形关系，电动机的转子转速由0到同步转速的全部范围均能稳定运行，从而扩大了调速范围和机械特性线性化。,-,28,3.控制方法,交流伺服电动机的励磁绕组通常设计成对称的，当控制信号电压与励磁电压也对称时，两相绕组产生圆形旋转磁场，电动机转速最高。如果控制信号电压与励磁电压的幅值不等或相位差不是90电角度，则产生椭圆形的旋转磁场。,所以，改变控制电压的大小和相位就可以改变旋转磁场的椭圆度，从而控制伺服电动机的转矩和转速。,其控制方式有幅值控制、相位控制和幅值-相位控制三种。,-,29,1）幅值控制,保持信号电压的相位不变，保持控制电压和励磁电压相位差90不变，改变控制电压幅值（大小）来控制伺服电动机的转速。,2）相位控制,保持信号电压的幅值不变，通过移相器改变与励磁电压的相位差来控制电动机的转速。,3）幅相控制,同时改变控制信号的幅值和相位，从