最新2019-控制电机 第七章 交流伺服电动机-PPT课件

当控制电压Uc=0时，Ic=0，电磁转矩T=0，
电动机立即停转。保证了电动机无“自转”
现象，所以直流伺服电动机是自动控制系 统中一种很好的执行元件。
电枢控制
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
一、直流伺服电动机
特
机械特性
n UC Ra T Ce CeCT 2
性
调节特性 T一定时的n=f(Uc)
交流伺服电动机的原理图
自转现象：
当转子转动起来以后，控 制信号消失，即断开控制 绕组，变成单相时，电动 机仍然能够转动。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
“自转”的消除：增加伺服电动机的转子电阻。
变成单相后，电磁转矩>0, 与转速的方向相同，电动 机仍然能够转动。
变成单相后，电磁转矩<0, 与转速的方向相反，制动 作用，电动机立即停传。
不同T时的调 特族是线性的
与他励 直流电 动机改 变电枢 电压时 的人为 机特相 似。
不同Uc时的机 特族是线性的
始 动 电 T1 压
T一定 Uc越大 n越高
控制电压UC越大，则n=0时对应 的起动转矩T也越大，越利于起动。
控制电压UC<始动电压Uc0，电 动机不转—“失灵区”。同样的 T下，失灵区越小，灵敏度越高。
生一个旋转电动势Erq，其有效值为：
Erq CqΦd n
转子绕组中将产生
交流电流Irq
Irq产生 Φq ( kErq )
略电抗， 两者同相
E2 4.44 f1N2KN2Φq 即 E2 C1n
结论：异步测速发电机输出 绕组N2中所产生的感应电动 势E2的大小与转速n成正比。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
自控系统对测发的主要要求：

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：
n=
Uc Ce

Ra CeCt 2
T
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Φ，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杯型转子
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Φf和 Φc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
“伺服”的含义 Servomechanism “伺服”—词源于希腊语“奴隶”的意思。
伺服电机（servo motor ）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。
(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；
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
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
驱动器
复习
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。

， 如图7 - 10所示。
由于鼠笼转子的导条都是通过短路环连接起来的， 因此在感应电势的作用下， 在转子导条中就会有电流 流过， 电流有功分量的方向和感应电势方向相同。 再 根据通电导体在磁场中受力原理， 转子载流导条又要 与磁场相互作用产生电磁力， 这个电磁力F作用在转 子上， 并对转轴形成电磁转矩。 根据左手定则， 转矩 方向与磁铁转动的方向是一致的， 也是顺时针方向。 因此， 鼠笼转子便在电磁转矩作用下顺着磁铁旋转的 方向转动起来。
图 7 - 2 两相绕组分布图
图 7 - 3 鼠笼形转子交流伺服电动机
图 7 - 4 转子冲片
图 7 - 5 鼠笼式转子绕组
非磁性杯形转子交流伺服电动机的结构如图7 - 6所 示。 图中外定子与鼠笼形转子伺服电动机的定子完全 一样， 内定子由环形钢片叠成， 通常内定子不放绕组， 只是代替鼠笼转子的铁心， 作为电机磁路的一部分。 在内、 外定子之间有细长的空心转子装在转轴上， 空 心转子作成杯子形状， 所以又称为空心杯形转子。 空 心杯由非磁性材料铝或铜制成， 它的杯壁极薄， 一般 在0.3 mm左右。 杯形转子套在内定子铁心外， 并通过 转轴可以在内、 外定子之间的气隙中自由转动， 而内、 外定子是不动的。
7.1 概 述
功率从几瓦到几十瓦的交流伺服电动机在小功率 随动系统中得到非常广泛的应用。 与直流伺服电动机 一样， 交流伺服电动机在自动控制系统中也常被用来 作为执行元件。 如图7 - 1所示， 伺服电动机的轴上带 有被控制的机械负载(由于电动机转速较高， 一般均通 过减速齿轮再与负载相连接)，在电机绕组的两端施加 控制电信号Uk。
另外根据第 5 章分析， 控制绕组通入电流以后所 产生的是一个脉振磁场， 这个磁场可用一个磁通密度 空间向量Bk表示， Bk的长度正比于控制电流的值。 由 于此时控制电流具有正的最大值， 因此Bk的长度也为 最大值， 即Bk=Bm， 方向是沿着控制绕组轴线， 并由 右螺旋定则根据电流方向确定是朝下的。 由于此时励 磁电流为0， 励磁绕组不产生磁场， 即Bf=0， 所以控 制绕组产生的磁场就是电机的总磁场。若电机的总磁 场用磁密向量B表示，则此刻B=Bk，电机总磁场的轴线 与控制绕组轴线重合，总磁场的幅值为

开环伺服控制回路
位置控制 控制器 （ＮＣ装置）
步进 驱动器
步进马达
指令脉冲
脉冲马达
１脉冲 ＝ １步进角
例 步进角 ０.３６°的情况 １脉冲 → ０.３６°的动作
１０００脉冲 → ３６０°（１圈）
开环伺服控制回路
位置控制 控制器 （ＮＣ装置）
步进 驱动器
步进马达
位置 ＝ 脉冲数 速度 ＝ 脉冲频率
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问题8：伺服电机过热（电机烧毁）。
原因：1、负载惯性（负荷）太大，增大电机和控制器 的容量；2、设备（机械）松动、脱落，重新确认设备 （机械）各部件；3、与驱动器接线错误，确认电机和 控制器名牌，根据说明书检查是否接线错误。4、电机 轴承故障。5、电机故障（接地、缺相等）
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3.1 伺服控制器概述
伺服驱动器（servo drives） 又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是 用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似 于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统 的一部分，主要应用于高精度的定位系统。
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伺服控制器的作用
1、按照定位指令装置输出的脉冲串，对工件进行定位控制。 2、伺服电机锁定功能：当偏差计数器的输出为零时，如果有外力
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需要我们注意的是： 伺服电机实际使用当中，必须了解电
机的型号规格，确认好电机编码器的分 辨率，才能选择合适的伺服控制器。
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松下伺服电机常见故障分析
问题1：对伺服电机进行机械安装时，应该 注意什么问题？
由于每台伺服电机都带有编码器，它是一个十分容易碎 的精密光学器件，过大的冲击力会使其破坏。因而在安 装的过程中要避免对编码器使用过大的冲击力。
开环伺服系统结构简图
数控装置发出脉冲指令，经过脉冲分配和功 率放大后，驱动步进电机和传动件的累积误 差。因此，开环伺服系统的精度低，一般可 达到0.01mm左右，且速度也有一定的限制。