伺服电机工作原理

伺服电动机的工作原理及作用

伺服电机的作用是驱动控制对象。被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电机的转动速度和方向也跟着变化。

伺服电动机分类

交流伺服电动机和直流伺服电动机。

一、交流伺服电动机

原理与两相交流异步电机相同，定子上装有两个绕组—励磁绕组和控制绕组。


励磁绕组和控制绕组在空间相隔90°。

1、接线：

励磁绕组的接线 控制绕组的接线

励磁绕组中串联电容C的目的是为了产生两相旋转磁场。

适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90°，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。

例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电流的相量关系如图所示。

            控制绕组的接线

控制电压与电源电压两者频率相同，相位相同或反相。

工作时两个绕组中产生的电流 和 的相位差近90°，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子转动起来。

2、交流伺服电动机的特点：

1）U₂= 0 时，转子停止。

这时，虽然U₂ =0V，U₁仍存在，似乎成单相运行状态，但和单相异步机不同。若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺服电机不同，单相电压时设备不能转。

原因：交流伺服电机 R2设计得较大。所以在U₂=0时，交流伺服电机的T=f(s)曲线如下页图：

交流伺服电动机的T=f(s)曲线（U₂=0时）

当U₂=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距T'、T" 的合成转矩T与单相异步机不同。合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在U₂=0V时，能立即停止，体现了控制信号的作用(有控制电压时转动，无控制电压时不转)，以免失控。

（2）交流伺服电机R2设计得较大，使Sm>1，Tst大，启动迅速，稳定运行范围大。

（3）控制电压U₂大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压U₂成正比。U₂的极性改变时，转子的转向改变。


交流伺服电动机的机械特性曲线( U₁=const )

3、应用

交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100W，电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在自动控制、温度自动记录等系统中。


二、直流伺服电动机

1、结构：与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些。

2、工作原理：与直流电动机相同。

3、供电方式：他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电：

U1为励磁电压，U2为电枢电压。

直流伺服电机的机械特性公式与他励直流电机一样：

4、机械特性曲线


由机械特性可知：
(1)U1（即磁通￠）不变时，一定的负载下，U₂↑,n↑。
(2)U2=0时，电机立即停转。
反转：电枢电压的极性改变，电机反转。

5、应用：

直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1-600W。它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。