伺服电动机知识介绍.pdf

伺服电动机 伺服电动机又称为执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件。它将输入的电压信号转变 为转轴的角位移或角速度输出，改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转 向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。 根据使用电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。直流伺服 电动机输出功率较大，功率范围为 1～600 瓦，有的甚至可达上千瓦；而交流伺服电动机输 出功率较小，功率范围一般为 0.1～100 瓦。 6.1.1 直流伺服电动机 直流伺服电动机实际上就是他励直流电动机，其结构和原理与普通的他励直流电动机相同， 只不过直流伺服电动机输出功率较小而已。 当直流伺服电动机励磁绕组和电枢绕组都通过电流时，直流电动机转动起来，当其中的一个 绕组断电时，电动机立即停转，故输入的控制信号，既可加到励磁绕组上，也可加到电枢绕 组上：若把控制信号加到电枢绕组上，通过改变控制信号的大小和极性来控制转子转速的大 小和方向，这种方式叫电枢控制；若把控制信号加到励磁绕组上进行控制，这种方式叫磁场 控制。磁场控制有严重的缺点（调节持性在某一范围不是单值函数，每个转速对应两个控制 信号），使用的场合很少。 直流伺服电动机进行电枢控制时，电枢绕组即为控制绕组，控制电压 直接加到电枢绕组 上进行控制。而励磁方式则有两种：一种用励磁绕组通过直流电流进行励磁，称为电磁式直 流伺 图 7.1 直流伺服电动机电枢控制线路图 服电动机；另一种使用永久磁铁作磁极，省去励磁绕组，称为永磁式直流伺服电动机。 直流伺服电动机进行电枢控制的线路如图 7.1 所示，励磁绕组接到电压恒定为 的直流 电源上，产生励磁电流 ，从而产生励磁磁通 ，电枢绕组接控制电压 ，那么直流 伺服电动机电枢回路的电压平衡方式为 若不计电枢反应的影响，电机的每极气隙磁通 将保持不变，则 电动机的电磁转矩公式为 1. 机械特性 由上面三式可得到 电枢控制的直流伺 服电动机的机械特 性方程式为 错误！ （7. 1） 改变控制电压 ，而机械特性的 斜率 不变，故其 机械特性是一组平 行的直线，如图 7.2 所示。 理想空载转速为 机械特性曲线与横轴的交点处的转矩就是 时的转矩，即直流伺服电动机的堵转转矩 为 控制电压为 时，若负载转矩 ，则电机堵转。 2. 调节特性 图7.2 直流伺服电动机的机械特性 调节特性是指在一定的转矩下电机的转速 与控制电压 的关系。调节特性也可由式 （7-1）画出，如图 7.3 所示，调节特性也是一组平行线。 图7.3 直流伺服电动机的调节特性 由调节特性可以看出，当转矩不变时，如 ，增强控制信号 ，直流伺服电动机的 转速增加，且呈正比例关系；反之，减弱控制信号 减弱到某一数值 直流伺服电动机 停止转动，即在控制信号 小于 时，电机堵转，要使电机能够转动，控制信号 必 须大于 才行，故 叫做始动电压，实际上始动电压就是调节特性与横轴的交点。所以， 从原点到始动电压之间的区段，叫做某一转矩时直流伺服电动机的失灵区。由图可知， 越大，始动电压也越大，反之亦然；当为理想空载时， ，始动电压为 ，即只要 有信号，不管是大是小，电机都转动。 从上述分析可知，电枢控制时的直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是线性的，而且不 存在“ 自转”现象（控制信号消失后，电机仍不停止转动的现象叫“ 自转”现象），在自动控制 系统中是一种很好的执行元件。 6.1.2 交