伺服电动机综述课件.ppt

1、伺服电动机伺服电动机复习复习伺服电动机伺服电动机1 1熟悉交流伺服电动机的结构、原理和特点。熟悉交流伺服电动机的结构、原理和特点。2.2.熟悉直流伺服电动机的结构、原理和特点。熟悉直流伺服电动机的结构、原理和特点。3 3掌握伺服电动机的维护方法。掌握伺服电动机的维护方法。4 4了解伺服驱动器。了解伺服驱动器。伺服电动机伺服电动机 控制电机控制电机主要用于自动控制系统和计算装置中，着重于特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。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

2、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。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。普通电机普通电机主要用于电力拖动系统中，用来完成机电能量的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。转换，着重于启动和运转状态能力指标的要求。伺服电动机伺服电动机控制电机的特点控制电机的特点 1.1.控制电机在自动控制系统和计算装置中作为执行元件、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。检测元件和解算元件。2.2.控制电机的输出功率较小，一般从数百豪瓦到数百瓦。控制

3、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。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。伺服电动机伺服电动机 “伺服伺服”词源于希腊语词源于希腊语“奴隶奴隶”的意思。的意思。“伺服伺服”的含义的含义 ServomechanismServomechanism伺服电动机伺服电动机 伺服电机（伺服电机（

4、servo motor servo motor）又称）又称执行电动机执行电动机，在自动，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。地停转。伺服电动机伺服电动机 在有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没有控制信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号输入，它就停止转动。改变

5、控制电压的大小和相位(或极或极性性)就可改变伺服电动机的转速和转向。就可改变伺服电动机的转速和转向。伺服电机最大特点伺服电机最大特点伺服电动机伺服电动机交流伺服电动机（以交流电源工作）交流伺服电动机（以交流电源工作）直流伺服电动机（以直流电源工作）直流伺服电动机（以直流电源工作）分类分类 (1)(1)调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控制电压改调速范围宽广。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。变，能在宽广的范围内连续调节。(2)(2)转子的惯性小，即能实现迅速起动、停转。转子的惯性小，即能实现迅速起动、停转。(3)(3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。控制功率小，过载

6、能力强，可靠性好。(4)(4)无无“自转自转”现象，伺服电动机在控制电压消失后，现象，伺服电动机在控制电压消失后，应立即停转；应立即停转；伺服电动机伺服电动机伺服电动机典型生产厂家伺服电动机典型生产厂家德国西门子，产品外形有：德国西门子，产品外形有：伺服电机伺服电机伺服电机驱动器伺服电机驱动器伺服电动机伺服电动机日本松下及安川，产品外形有：日本松下及安川，产品外形有：松下交流伺服电机及驱动器松下交流伺服电机及驱动器安川伺服电机驱动器安川伺服电机驱动器伺服电动机伺服电动机交流伺服电机系统交流伺服电机系统驱动器驱动器交流伺服交流伺服电机器电机器伺服电动机伺服电动机 直流伺服电机的结构和工作原理与直

7、流伺服电机的结构和工作原理与他励直流电动机他励直流电动机相同。相同。按励磁方式分为：他励式和永磁式两种。按励磁方式分为：他励式和永磁式两种。1.1.结构与工作原理结构与工作原理直流伺服电动机实物图直流伺服电动机实物图他励式他励式磁场由励磁绕组产生磁场由励磁绕组产生永磁式永磁式磁场由永久磁铁产生磁场由永久磁铁产生伺服电动机伺服电动机 1 1）电枢控制：）电枢控制：通过改变电枢电压的大小和方向来达到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、响应速度快等优组两端），机械特性

8、线性度好、精度高、响应速度快等优点，工程上该方法最常用。点，工程上该方法最常用。2 2）磁场控制：）磁场控制：通过改变励磁电压大小和方向来改变直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）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：采用电枢控制时，其机械特性方程为：n=n=TCCRCUteaec22.2.控制方式控制方式伺服电动机伺服电动机 励磁绕组接与恒压直流励磁绕组接与恒压直流电源电源Uf f上，流过恒定励磁上，流过恒定励磁电流电流If f，产生恒定磁通，产生恒定磁通，将控制电压将控制电压Uc c加在电枢绕加在

9、电枢绕组上来控制电枢电流组上来控制电枢电流Ic c，进，进而控制电磁转矩而控制电磁转矩T T，实现对，实现对电动机转速的控制。电动机转速的控制。伺服电动机伺服电动机直流伺服电动机的电路与机械特性直流伺服电动机的电路与机械特性 在负载转矩一定，磁通在负载转矩一定，磁通不变时，控制电压不变时，控制电压Uc c高，高，转速也高，转速的增加与转速也高，转速的增加与控制电压的增加成正比；控制电压的增加成正比；当当Uc c=0=0时，时，n=0=0，电动机停，电动机停转。转。当电枢电压改变时，可当电枢电压改变时，可得一组平行的机械特性得一组平行的机械特性。当电枢电压一定时，当电枢电压一定时，T越大，越大，

10、n越低。越低。伺服电动机伺服电动机注意注意改变电枢电压的极性，伺服电动机就反转。改变电枢电压的极性，伺服电动机就反转。可控性可控性伺服电动机伺服电动机 使用时要先接通励磁电源，等待控制信号。一旦控制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，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。电动机马上停转。工作工程中要防止励磁绕组断电，以防工作工程中要防止励磁绕组断电，以防止因超速而损坏。止因超速而损坏。3.3.使用直流伺服电动机的注意事项使用直流伺服电动机的注意事项伺服电动机伺服电动机1.1.结构结构 由定子和转子二大部

11、分组成由定子和转子二大部分组成 1 1）定子）定子由铁心和线圈组成。定子铁心由铁心和线圈组成。定子铁心槽内嵌有两相绕组，一个励磁槽内嵌有两相绕组，一个励磁绕组，一个控制绕组，空间上绕组，一个控制绕组，空间上互差互差9090电角度。电角度。励磁绕组励磁绕组控制绕组控制绕组励磁电压励磁电压控制电压控制电压转转子子定子定子壳体壳体伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机 a a 笼型转子笼型转子 但为了减少转子的转动惯量但为了减少转子的转动惯量，做的细而长。导条及端环可用，做的细而长。导条及端环可用高电阻率的导电材料（黄铜、青高电阻率的导电材料（黄铜、青铜等），也可用铸铝转子。铜等），也可用铸铝转子

12、。铸铝的笼型转子铸铝的笼型转子转转子子定子定子壳体壳体 2 2）转子转子笼型转子笼型转子伺服电动机伺服电动机b b 非磁性空心杯转子非磁性空心杯转子 薄壁圆筒形，放于内外定子之薄壁圆筒形，放于内外定子之间。外定子上装有空间上互差间。外定子上装有空间上互差9090电角度的两相绕组，内定子铁心只电角度的两相绕组，内定子铁心只用作闭合磁路，减小磁阻。用作闭合磁路，减小磁阻。一般壁一般壁厚为厚为0.3mm0.3mm。杯型转子杯型转子转转子子定子定子壳体壳体伺服电动机伺服电动机2.2.工作原理工作原理 工作时，在励磁绕组上加单相交工作时，在励磁绕组上加单相交流电流电U Uf f，在控制绕组上加控制信号电

13、，在控制绕组上加控制信号电压压U Uc c，二者同频率，由于电流，二者同频率，由于电流I If f和和I Ic c在在相位上相差相位上相差9090，它们产生的磁通，它们产生的磁通f f和和c c在相位上也相差在相位上也相差9090，于是在空，于是在空间产生一个两相旋转磁场间产生一个两相旋转磁场。此时交流。此时交流伺服电动机的转子向某一个方向旋转。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，如果转子是当控制信号电压为零时，如果转子是普通的普通的阻值较小的转子阻值较小的转子，则转子在惯，则转子在惯性的作用下继续旋转，这种现象称为性的作用下继续旋转，这种现象称为“自转自转”，失去可控性。

14、，失去可控性。伺服电动机伺服电动机“自转自转”现象的现象的产生产生两相异步电动机正常运行时，若转子电阻较小，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机会继续运行 ，而不能立即停转，称为，而不能立即停转，称为“自转自转”现象。现象。伺服电动机伺服电动机 怎样消除怎样消除“自转自转”现象现象？伺服电动机伺服电动机 当控制电压当控制电压UC C=0=0，只有励磁电压，只有励磁电压Uf f时，时，在单个绕组中通入交流电流产生的单相脉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

15、的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旋转磁场，正向旋转磁场对转子产生拖动转矩转矩T T+，反向旋转磁场对转子产生制动转，反向旋转磁场对转子产生制动转矩矩T T。当增大转子电阻，使当增大转子电阻，使s sm m1 1时，时，其合其合成转矩成转矩T在电动机工作状态时成为负值，即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，产生的总转矩转时失去控制电压，产生的总转矩T为负为负（0 0s s 1 1）；而反转时失去控制电

16、压，）；而反转时失去控制电压，产生的转矩总转矩产生的转矩总转矩T T为正（为正（1 1s s2 2）。消）。消除了自转现象，可以自行制动。除了自转现象，可以自行制动。伺服电动机伺服电动机 目的：目的：1 1）为了增大异步伺服电动机的调速范围并满足机）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。械特性更接近于线性的要求。2 2）防止出现）防止出现“自转自转”现象。现象。异步伺服电动机与普通异步电动机的重要区别之异步伺服电动机与普通异步电动机的重要区别之一是一是转子电阻大。转子电阻大。伺服电动机伺服电动机增加转子电阻的优点：增加转子电阻的优点：曲线曲线1 1为一般电动机的机械

17、特为一般电动机的机械特性性sm m=0.10.2，其稳定运行区在，其稳定运行区在s=00.1之间，所以调速范围很小。之间，所以调速范围很小。如果增大转子电阻，使如果增大转子电阻，使sm1，这，这样电动机的机械特性曲线变为右样电动机的机械特性曲线变为右图中的曲线图中的曲线2 2或或3 3，其机械特性更，其机械特性更接近于线形关系，电动机的转子接近于线形关系，电动机的转子转速由转速由0 0到同步转速的全部范围到同步转速的全部范围均能稳定运行，从而扩大了调速均能稳定运行，从而扩大了调速范围和机械特性线性化。范围和机械特性线性化。伺服电动机伺服电动机3.3.控制方法控制方法 交流伺服电动机的励磁绕组通

18、常设计成交流伺服电动机的励磁绕组通常设计成对称的对称的，当控，当控制信号电压与励磁电压也对称时，两相绕组产生制信号电压与励磁电压也对称时，两相绕组产生圆形旋转圆形旋转磁场，电动机转速最高。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如果控制信号电压与励磁电压的幅值不等或相位差不是是9090电角度，则产生电角度，则产生椭圆形的旋转磁场椭圆形的旋转磁场。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。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、相位控制和幅值其控制方

19、式有幅值控制、相位控制和幅值-相位相位控制三种。控制三种。伺服电动机伺服电动机1 1）幅值控制）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相位差9090不变，改变控制电压幅值（大小）来控制伺服不变，改变控制电压幅值（大小）来控制伺服电动机的转速。电动机的转速。2 2）相位控制）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。压的相位差来控制电动机的转速。3 3）幅相控制）幅相控制同时改变控制信号的幅值和相位，从而控制电动机转速同时改变控制信号的幅值和相位，从而控制电动机转速伺服电动机伺服电动机 无论哪种控制方式，只要将控制信号电压的相位无论哪种控制方式，只要将控制信号电压的相位改变改变180180度电角度，就可以改变交流伺服电动机的转度电角度，就可以改变交流伺服电动机的转向。向。交流伺服电动机的转向随控制电压相位相反而改交流伺服电动机的转向随控制电压相位相反而改变。变。伺服电动机伺服电动机利用改变正转与反转旋转磁通势大小的比例，利用改变正转与反转旋转磁通势大小的比例，来改变正转和反转电磁转矩的大小，从而达到改来改变正转和反转电磁转矩的大小，从而达到改变合成电磁转矩和转速的目的。变合成电磁转矩和转速的目的。实质实质