nullnull
伺服电动机和伺服系统null
2.1 简介
伺服电动机又称执行电机，在自动控制系统中作为执行元件。
功能：电压信号转轴的角位移或角速度
分类：直流伺服电机---功率较大，几百瓦，也可达数千瓦。
交流伺服电机---两相伺服电动机，功率较小，数十瓦。
自动控制系统对伺服电动机的基本要求：
宽广的调速范围
机械特性和调节特性为线性
无“自转”现象---控制电压为零时能立即自行停转
快速响应null
普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.伺服电动机和伺服系统2.2 直流伺服电动机 (DC Servo Motor)
结构与分类
传统型直流伺服电动机
其结构与普通进流电动机基本相同，它可以再分为电磁式和永磁式两种；定子铁心冲片电枢冲片null
普通高等教育“十一五”国家级规划教材低惯量型直流伺服电动机
A. 盘形电枢直流伺服电动机：
2.伺服电动机和伺服系统定子有永久磁铁；
气隙位于圆盘两边；
圆盘上有印刷绕组或绕线式绕组；
绕组的径向段为有效部分，电流沿径向流过圆盘；
电枢绕组有效部分的裸导体
表
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面兼作换向器。null
普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.伺服电动机和伺服系统A. 盘形电枢直流伺服电动机：绕组null
普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.伺服电动机和伺服系统B. 空心杯电枢永磁式直流伺服电动机1-内定子， 2-外定子， 3-空心杯电枢， 4-电刷，5-换向器外定子为磁钢，内定子为软磁
材料
关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料
，或反之；
非磁性空心杯电枢上可为印刷绕组，也可为绕线式绕组；
空心杯直接装在电机轴上，在内、外定子间的气隙中旋转
国产型号：SYKnull
普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.伺服电动机和伺服系统C. 无槽电枢直流伺服电动机电枢铁心上无槽，电枢绕组直接排列在铁心表面，再用环氧树脂将它与电枢铁心固化为一个整体；
定子磁极为电磁或永磁式；
国产型号：SWC。null
普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.伺服电动机和伺服系统控制方式
由直流电机原理知道：
直流伺服电动机有两种基本控制方式：
电枢控制— 改变电枢电压来控制转速，适用于电励磁和永磁励磁直流伺服电动机。
磁极控制— 调节磁通来控制转速，仅适用于电励磁直流伺服电动机。但因停转时电枢电流大，磁极绕组匝数多、电感大，时间常数大等缺点，很少采用。
本课程只介绍直流伺服电动机的电枢控制。null
普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.伺服电动机和伺服系统不考虑电机磁路饱和，并忽略负载时电枢反应的影响，则励磁磁通正比于励磁电压，即：null 机械特性
控制电压恒定时，电机转速随转矩的变化关系普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.伺服电动机和伺服系统理想空载转速：堵转转矩：机械特性斜率：null调节特性
负载转矩恒定时，转速随控制电压变化普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.伺服电动机和伺服系统调节特性与横坐标的交点，就表示在某一电磁转矩时电动机的始动电压。从原点到始动电压点的一段范围，称为在某一电磁转矩值时伺服电动机的失灵区，也称死区。null动态方程式普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.伺服电动机和伺服系统电压方程运动方程null设：
普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.伺服电动机和伺服系统机电时间常数电气时间常数当已知各常数，就可解该方程，获得角速度变化规律null普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.伺服电动机和伺服系统传递函数
对上述方程式进行拉氏变换，用s表示拉氏算子，
则可得下列象函数方程：每个方程都可以用一个
方块图表示。null2.伺服电动机和伺服系统方块图普通高等教育“十一五”国家级规划教材null设TL=0，则可简化为：null传递函数：null时间常数通常， ，所以近似有：设电枢外施阶跃电压Uc，其象函数为：null利用拉氏反变换公式：可得电机角速度随时间变化的规律为：机械时间常数定义：当电动机空载时电枢外施阶跃电压，其角速度从0上升到稳定角速度的63.2%时所需要的时间。null机械时间常数与转动惯量成正比；
与电机的每极气隙磁通F的平方成反比，为了减小电机机械时间常数，应增加每极气隙磁通；
与电枢电阻Ra的大小成正比，为减小时间常数，应尽可能减小电枢电阻，当伺服电动机用于自动控制系统，并由放大器供给控制电压时，应计入放大器的内阻Ri，Ra+Ri；
直流伺服电动机的机械时间常数一般<30ms，低惯量直流伺服电机的时间常数<10ms。null
机械时间常数也可写为：可见，机械特性曲线越平坦(即机械特性越硬)，则tm越小。null2.3 直流力矩电动机(Torque Motor)
性能特点：低速、大转矩，转矩波动小，特性的直线性好，在堵转条件下能长期工作。
原理：与一般直流伺服电动机相同。
结构特点：与一般直流伺电动机不同，呈扁平形，以获得较大的转矩。
电枢长度与直径之比一般为0.2左右。null思考题：为什么在电枢体积相同、电枢电流和电流密度相同以及磁密相同条件下，能产生较大转矩？1-定子；2-转子；3-电刷；4-电枢绕组；5-槽楔兼换向器片；6-铜环 nullnull电枢导体所占截面积：Ke—电枢截面利用系数，即槽面积占电枢截面的比例系数；
Kf—槽满率。null电机电磁转矩表示式：空载转速与电枢形状的关系null2.4 交流伺服电机(AC Servo Motor)
结构特点和
工作原理
数字放映机工作原理变压器基本工作原理叉车的结构和工作原理袋收尘器工作原理主动脉球囊反搏护理
交流伺服电机通常都是两相异步电机，在定子上有两个空间相距90度的绕组，即控制绕组和励磁绕组。nullRotor笼型转子非磁性空
心杯转子铁磁性空
心杯转子杯壁厚0.2~0.8mm，J小杯壁.5~3mm，J较大，有
单边磁拉力，已较少用null工作原理：
与普通两相异步电机的相似之处：在二相对称绕组中通入两对称电流，就会在气隙中产生圆形旋转磁场，转子导体切割磁场所感应的电流与气隙磁磁场相互作用就产生电磁转矩。当改变其中一相电流的大小或相位时，气隙磁场就发生变化，电磁转矩随之变化，电机转速必然跟着改变，从而实现对转速的控制。
区别：由于伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件。对其要求是：(1)转子速度的快慢能反应控制信号的强弱，转动方向能反应控制信号的相位，调速范围要宽；（2）无控制信号时，转子不能转动；（3）当电机转动起来以后，如控制信号消失，应立即停止转动；（4）为减小体积和重量，一般采用400、500 或1000Hz。null如何满足上述要求？增大转子电阻！
增大转子电阻的三个好处：
能消除自转现象：T=T1+T2，在正向旋转时，0
0。所以，只要负载转矩不太大，转子仍能继续旋转，不会因控制信号的消失而停转，这种“自转”现象使伺服电动机失去控制，在自动控制系统中是不允许的。nullnull
增大转子电阻，使sk>1，则合成单相转矩在电动机正向旋转范围内为负值，即T<0。这就是说，控制信号消失后，处于单运行状态的电机由于电磁转矩为制动性质而能迅速停转。因此，增大转子电阻是防止交流伺服电动机出现“自转”现象的有效措施。两相合成转矩 null可以增大调速范围
由电机学原理知，异步电机的稳定运行区仅在：0
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