1、普通高等教育“十一五”國家級規劃教材2.伺服電動機和伺服系統 機械特性 控制電壓恒定時，電機轉速隨轉矩的變化關系理想空載轉速：堵轉轉矩：機械特性斜率：普通高等教育“十一五”國家級規劃教材2.伺服電動機和伺服系統調節特性 負載轉矩恒定時，轉速隨控制電壓變化調節特性與橫坐標的交點，就表示在某一電磁轉矩時電動機的始動電壓。從原點到始動電壓點的一段范圍，稱為在某一電磁轉矩值時伺服電動機的失靈區，也稱死區。機械時間常數定義：當電動機空載時電樞外施階躍電壓，其角速度從0上升到穩定角速度的63.2%時所需要的時間。普通高等教育“十一五”國家級規劃教材2.伺服電動機和伺服系統機械時間常數與轉動慣量成正比；與電

2、機的每極氣隙磁通F的平方成反比，為了減小電機機械時間常數，應增加每極氣隙磁通；與電樞電阻Ra的大小成正比，為減小時間常數，應盡可能減小電樞電阻，當伺服電動機用于自動控制系統，并由放大器供給控制電壓時，應計入放大器的內阻Ri，Ra+Ri；直流伺服電動機的機械時間常數一般30ms，低慣量直流伺服電機的時間常數1，則合成單相轉矩在電動機正向旋轉范圍內為負值，即T0。這就是說，控制信號消失后，處于單運行狀態的電機由于電磁轉矩為制動性質而能迅速停轉。因此，增大轉子電阻是防止交流伺服電動機出現“自轉”現象的有效措施。為什么會產生自傳：T=T1+T2，在正向旋轉時，0s0。所以，只要負載轉矩不太大，轉子仍能

3、繼續旋轉，不會因控制信號的消失而停轉，這種“自轉”現象使伺服電動機失去控制，在自動控制系統中是不允許的。增大轉子電阻的三個好處：1.能消除自轉現象2.可以增大調速范圍3.使機械特性更加線性增大轉子電阻后的單相轉矩兩相合成轉矩 普通高等教育“十一五”國家級規劃教材2.伺服電動機和伺服系統正常轉子電阻時的單相轉矩幅值控制 控制電壓與激磁電壓之間保持90度相位差不變，通過改變控制信號（電壓）的幅值來改變電機的轉速。普通高等教育“十一五”國家級規劃教材2.伺服電動機和伺服系統最不對稱，脈振磁場對稱，圓形旋轉磁場不對稱，橢圓形旋轉磁場 定義：為信號系數，則：相位控制 控制電壓的幅值保持不變，通過改變控制

4、電壓對激磁電壓的相角來實現對電機的控制。普通高等教育“十一五”國家級規劃教材2.伺服電動機和伺服系統普通高等教育“十一五”國家級規劃教材2.伺服電動機和伺服系統由于與激磁電壓相差90度的電壓為：所以信號系數定義為：脈振磁場橢圓形磁場圓形磁場幅值相位控制（電容控制） 激磁回路串聯電容后接到相位和幅值都不變的激磁電源，當改變控制電壓幅值時，由于激磁回路電流發生變化，使激磁繞組及其串聯電容上的電壓分布發生變化，從而使控制電壓與激磁繞組上的電壓間的相位角也發生變化。普通高等教育“十一五”國家級規劃教材2.伺服電動機和伺服系統當改變控制電壓的幅值以改變轉速時，由于轉子繞組的耦合作用，激磁電流 If 的大

5、小和相位都會改變，致使激磁繞組上的電壓的大小和相位也隨之改變。所以，這是一種幅值和相位的復合控制方式。Cph普通高等教育“十一五”國家級規劃教材2.伺服電動機和伺服系統雙相控制 激磁電壓與控制電壓間的相位固定為90度，而激磁電壓的幅值隨控制信號的改變而同樣的改變，也就是說，不論控制信號大小，電機始終在圓形旋轉磁場下工作，可獲得最大輸出功率和效率。普通高等教育“十一五”國家級規劃教材2.伺服電動機和伺服系統1永磁同步電動機 當定子繞組接通電源后，電動機以異步電動機原理起動動轉，加速運轉至同步轉速時，由轉子永磁磁場和定子磁場產生的同步電磁轉矩（由轉子永磁磁場產生的電磁轉矩與定子磁場產生的磁阻轉矩合

6、成）將轉子牽入同步，電動機進入同步運行。 2.磁阻同步電動機 是利用轉子交軸和直軸磁阻不等而產生磁阻轉矩的同步電動機，其定子與異步電動機的定子結構類似，只是轉子結構不同。 3磁滯同步電動機 磁滯同步電動機是利用磁滯材料產生磁滯轉矩而工作的同步電動機。 定子繞組接通電源后，產生的旋轉磁場使磁滯轉子產生異步轉矩而起動旋轉，隨后自行牽入同步運轉狀態。在電動機異步運行時，定子旋轉磁場以轉差頻率反復地磁化轉子；在同步運行時，轉子上的磁滯材料被磁化而出現了永磁磁極，從而產生同步轉矩。 測速發電機是一種測量轉速的信號元件，它將輸入的機械轉速變換成為電壓信號輸出。要求：輸出電壓與轉速成正比，U2=Kn, 并保

7、持穩定；剩余電壓(轉速為零時的輸出電壓）要小；輸出電壓的極性或相位能反映被測對象的轉向；溫度變化對輸出特性的影響小；靈敏度高，即輸出電壓對轉速的變化反應靈敏，輸出特性斜率要大；轉動慣量和摩擦轉矩小，以保證反應迅速。3.測速發電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材產生誤差的原因和改進方法電樞反應對策：選用較大氣隙和較小線負荷；轉速不超過最大線性工作速度，負載電阻不小于最小負載電阻；補償繞組；3.測速發電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材電刷接觸電壓降對策：選用導電性能較好的電刷3.測速發電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材電刷位置的影響對策：嚴格地位于幾何中性線上溫度的影響對策：將磁路

8、設計的較飽和；在勵磁回路中串電阻；在勵磁回路中串聯具有負溫度系數的熱敏電阻；勵磁回路由恒流源供電紋波的影響直流測速發電機在和n固定時，輸出電壓也不是穩定的直流電壓，而總帶有微弱的波動，成為紋波對策：增加支路元件數，電樞采用斜槽結構，無槽3.測速發電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材剩余電壓（零速電壓） 轉速為零時輸出繞組所產生的電壓，包括基波分量和高次諧波分量。一般幾十毫伏。剩余電壓對輸出特性的影響3.測速發電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材剩余電壓基波分量 變壓器分量、旋轉分量和電容分量產生變壓器分量的原因：勵磁繞組軸線與輸出繞組軸線不垂直；定子加工不良，造成氣隙不均勻。旋轉分量由

9、于鐵心材料各向磁滯變化的情況不同，或者鐵心片間短路以及空心杯轉子的材料和壁厚不均勻，都會導致去磁效應不同，使電機氣隙圓周上各點磁密相位不一致，而形成一個橢圓形旋轉磁場，使輸出繞組產生感應電動勢，產生剩余電壓 。電容分量由于勵磁繞組和輸出繞組之間會存在寄生的分布電容,當勵磁繞組加交流電壓時，通過寄生的分布電容也會在輸出繞組中產生電壓 。剩余電壓的基波分量也可分為交變分量和固定分量。交變分量是由于轉子形狀不規則及材料各向異性等原因所引起，其大小與轉子位置有關，隨轉子位置成周期性變化。除此之外，其他原因所引起的剩余電壓與轉子位置無關，即為剩余電壓的固定分量。 3.測速發電機普通高等教育“十一五”國家

10、級規劃教材剩余電壓的高次諧波分量主要是由于兩個原因產生：1.勵磁電源電壓波形為非正弦波；2.電機磁路的飽和。減小剩余電壓的措施改進制造材料和工藝，降低磁路飽和程度；采用內外定子鐵心可調結構；采用補償繞組（可補償剩余電壓的固定分量）；霍爾原理：在一塊半導體薄片的相對兩側通入控制電流I,在薄片的垂直方向加以磁場B，則在半導體薄片的另外兩側會產生一個電動勢，這一現象叫做霍爾效應。所產生的電動勢叫霍爾電動勢。該導體薄片叫做霍爾元件二、工作原理 三相反應式步進電動機有三種運行方式：三相單三拍運行；三相雙三拍運行；三相單、雙六拍運行 “三相” 指步進電機的相數； “單” 指每次只給一相繞組通電；“雙”則是

11、每次同時給二相繞組通電； “三拍”指通電三次完成一個循環4.步進電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材A相導通B相導通1. 三相單三拍運行方式C相導通A相導通 按A-B-C-A的順序通電，電機轉子在磁阻轉矩作用下沿ABC方向轉動，電機的轉速直接取決于控制繞組的換接頻率。 定子控制繞組每改變一次通電方式，稱為一拍，此時電機轉子所轉過的空間角度稱為步距角。齒距角：步距角：4.步進電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材2. 三相雙三拍運行方式 按AB-BC-CA-AB或相反的順序通電，每次同時給兩相繞組通電，且三次換接為一個循環。步距角與三相單三拍運行方式的步距角相同。AB相導通BC相導通4.步

12、進電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材3. 三相單、雙六拍運行方式按A-AB-B-BC-C-CA或相反順序通電，即需要六拍才完成一個循環，因此步距角為：A相導通B相導通AB相導通4.步進電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材起動頻率和起動特性 fst 是指一定負載轉矩下能夠不失步地起動的脈沖最高頻率，它的大小與電動機本身參數、負載轉矩及轉動慣量的大小，以及電源條件等因素有關。它是步進電動機的一項重要技術指標。 fst=f(TL) 起動矩頻特性 fst=f(J) 起動慣頻特性連續運行頻率與運行矩頻特性 步進電動機帶一定負載正常起動后，連續緩慢地升高脈沖頻率，直到不丟步運行的最高頻率，稱為運

13、行頻率。4.步進電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材起動連續運行矩頻特性起動慣頻特性4.步進電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材4.5 步進電動機的驅動電源一、對驅動電源的基本要求驅動電源的相數、通電方式和電壓、電流都要滿足步進電動機的要求；要滿足步進電動機起動頻率和連續運行頻率的要求；能最大限度地抑制步進電動機的振蕩；工作可靠，抗干擾能力強；成本低、效率高，安裝維護方便。4.步進電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材功率驅動電路單極性驅動（反應式步進電動機）單一電壓型功率放大電路優點：線路簡單，功率元件少，成本低。缺點：Rf1上要消耗能量，工作效率低。只適用于小功率步進電動機。如果

14、電容C選擇不當，在低頻段會使振蕩有所增加，使低頻性能變差。4.步進電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材高、低電壓切換型功率放大電路優點：電源功耗比較小，效率比較高。矩頻特性好，啟動和運行頻率得到了很大的提高。主要缺點：低頻運行時輸入能量過大，造成電機低頻振蕩加重；增大了電源的容量，對功率管性能參數的要求高。常用于大功率步進電動機的驅動 4.步進電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材電流斬波驅動放大電路4.步進電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材調頻調壓驅動方式(a)低頻； (b)高頻4.步進電機普通高等教育“十一五”國家級規劃教材自整角機失調角通常定義a相整步繞組和勵磁繞組兩軸線間的

15、夾角為轉子的位置角。1為發送機轉子位置角，2為接收機轉子位置角，而=1-2稱為失調角。整步轉矩當力矩式自整角機系統的失調角產生后，在電機轉子上形成的轉矩稱為整步轉矩（也稱靜態整步轉矩）項目控制式自整角機力矩式自整角機負載能力自整角變壓器只能輸出信號，負載能力取決于伺服電動機及放大器只能帶動指針、刻度盤等輕負載精度較高較低系統結構較復雜，需要伺服電動機、放大器、減速齒輪等較簡單，不需要其它輔助元件系統造價較高較低力矩式自整角機與控制式自整角機P101-結構：1.發送機與接收機，它們的勵磁繞組接 入同一單相交流電源，三相整步繞組按相序對應連接。2.控制式自整角機發送機的結構形式和力矩式的發送機基本一樣，單相勵磁繞組通常放置在轉子上。輸出：1.角度。2.電壓。運行過程：失調角：正余弦旋轉變壓器負載后之所以輸出特性曲線產生畸變，是由于轉子磁勢的交軸分量得不到補償所引起的。因此，為了消除畸變，不僅轉子的直軸磁勢必須補償，轉子的交軸磁勢也必須完全補償。補償的方法有兩種，即二次側補償和一次側補償。二次側完全補償的條件是轉子正、余繞組的負載阻抗相等。一次側完全補償的條件在定子勵磁繞組與交軸繞組完全相同的條件下，當交軸繞組的負載阻抗Zq等于勵磁電源的內阻抗Zi，即Zq=Zi時可實現