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直流伺服電機結構和內部圖解

時間:2015-09-17 17:06來源:www.yangxinkx.com 編輯:自動控制網
直流伺服電機在數控系統中應用很多,但是直流伺服電機也有一定的缺點:它的電刷和換向器易磨損;電機最高轉速的限制,應用環境的限制;結構復雜,制造困難,成本高。 而交流伺服電機具有以下優點:動態響應好;輸出功率大、電壓和轉速提高。因此,應用更為廣
    直流伺服電機在數控系統中應用很多,但是直流伺服電機也有一定的缺點:它的電刷和換向器易磨損;電機最高轉速的限制,應用環境的限制;結構復雜,制造困難,成本高。
而交流伺服電機具有以下優點:動態響應好;輸出功率大、電壓和轉速提高。因此,應用更為廣泛。
     交流伺服電動機的結構與普通的單相異步電動機的結構相似,其定子繞組則與單相電容式異步電動機結構相類似,其上裝有兩個在空間相隔90o的繞組,一個是勵磁繞組WF,另一個是控制繞組WC,這兩個繞組通常分別接在兩個不同的交流電源(頻率相同,相位不同)上,這一點與單相電容式異步電動機不同。其轉子一般分為鼠籠轉子和杯形轉子兩種結構型式。鼠籠轉子和三相鼠籠式電動機的轉子結構相似,杯形轉子結構如圖所示。杯形轉子通常用鋁合金或銅合金制成空心薄壁圓筒,為了減小磁阻,在空心杯形轉子內放置固定的內定子。不同結構型式的轉子都制成具有較小慣量的細長形。目前用得較多的是鼠籠轉子。 自動控制網www.yangxinkx.com版權所有
 

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圖 交流伺服電動機接線圖 杯形轉子伺服電動機結構圖
     交流伺服電動機以單相異步電動機原理為基礎,勵磁繞組WF接到電壓為 的交流電網上,控制繞組接到控制電壓 上,當有控制信號輸入時,兩相繞組便產生旋轉磁場。該磁場與轉子中的感應電流相互作用產生轉矩,使轉子跟著旋轉磁場以一定的轉差率轉動起來,其旋轉速度 為
     式中,f為交流電源頻率,Hz;P為磁極對數; 為電動機旋轉磁場轉速,S 為轉差率 。把控制電壓的相位改變180o,則可改變伺服電動機的旋轉方向。
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     根據伺服系統工作性質的要求,控制電壓一旦取消,電動機必須立即停止轉動。但眾所周知,單相異步電動機一旦轉動以后,即使取消控制電壓,僅靠勵磁電壓單相供電也會繼續轉動,即存在“自轉”現象,這意味著失去控制作用,是不允許的,因而交流伺服電機必須解決“自轉”問題。
     從三相異步電動機的特性可知,轉子電阻值對電動機的機械特性有較大的影響,如圖所示。當轉子阻值增大到一定程度,例如圖中 時,最大轉矩可出現在 =1附近。為此目的,把伺服電動機的轉子電阻 設計得很大,使電動機在失去控制信號單相運行時,正轉矩或負轉矩的最大值均出現在的地方,這樣可得出圖所示的機械特性曲線。
     圖 不同轉子阻值時的機械特性曲線及交流伺服電動機 時的機械特性曲線

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     圖中曲線1為有控制電壓時伺服電機的機械特性曲線,曲線為去掉控制電壓后,脈動磁場分解為正、反兩個旋轉磁場對應產生的轉矩曲線。曲線 為去掉控制電壓后單相供電時的合成轉矩曲線。從圖中可看出,它與異步電動機的機械特性曲線不同,是在第二和第四象限內。當轉速n為正時,電磁轉矩T為負,當n為負時,T為正,即去掉控制電壓后,單相供電時的電磁轉矩的方向總是與轉子轉向相反,所以,是一個制動轉矩。由于制動轉矩的存在,可使轉子迅速停止轉動,從而避免“自轉”現象。電機停止轉動所需要的時間,比兩相電壓同時取消、單靠摩擦等制動方法所需的時間要短得多。這正是兩相交流伺服電動機在工作時,勵磁繞組始終接在電源上的原因。
    增大伺服電機轉子阻值,既有利于消除“自轉”現象,同時還使穩定運行段加寬、啟動轉矩增大。目前通常采用高電阻材料制成的鼠籠導條,杯形轉子的壁很薄,一般只有0.2~0.8mm,因而轉子阻值較大,且慣量較小。
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