第一章 控制电动机

2.1空心杯直流伺服电动机



有一个外定子和一个内定子。 通常外定子由两个半圆形的永久磁钢（永磁材料）组成，内 定子为圆柱形软磁材料制成，仅作为磁路的一部分，以减小 磁路的磁阻。 也有内定子由永久磁钢做成，外定子由软磁材料做成。 绕组或采用印制绕组，或先绕成单个成型线圈，然后将它们沿圆 周的轴向排列成空心杯形，再用环氧树脂热固化成型。 电枢直接装在电机轴上，在内、外定子间的气隙中旋转。 电枢绕组接到换向器上，由电刷引出。
第一节：伺服电机 一、 概述
伺服电机在自控制系统中的典型应用
数控机床、加工中心
伺服电动机的概念
又被称为执行电动机 在自动控制系统中作为执行元件，将输入的电压信号 变换成转轴的角位移或角速度输出，从而控制受控对象

输入的电压信号称为控制信号或控制电压，改变控制电压可 以改变伺服电动机的转速及转向 其最大特点是：有控制电压时转子立即旋转，无控制电压时 转子立即停转。转轴转向和转速是由控制电压的方向和大小决定 的。伺服电动机是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行 元件。


直射式光电转速传感器。它由开孔圆盘、光源、光敏元 件及缝隙板等组成。开孔圆盘的输入轴与被测轴相连接， 光源发出的光，通过开孔圆盘和缝隙板照射到光敏元件 上被光敏元件所接收，将光信号转为电信号输出。开孔 圆盘上有许多小孔，开孔圆盘旋转一周，光敏元件输出 的电脉冲个数等于圆盘的开孔数，因此，可通过测量光 敏元件输出的脉冲频率，得知被测转速，即 n=f/N 式中：n—转速 f—脉冲频率 N—圆盘开孔数。
n
ke
c

ke kT
2
T
R——电枢回路电阻

——每极磁通
Ke、KT——电动机结构常数

由图可见，随着控制 电压的增大，电机的 机械特性曲线平行地 向转速和转矩增加的 方向移动，但它的斜 率保持不变，所以电 枢控制时直流伺服电 动机制机械特性是一 组平行的直线
FIGURE 1 Application of a beverage-filling station controlled by a servomotor. (Courtesy oil Electro-Craft, A Rockwell Automation Busines
我国生产的这种控制电机 的型号为：SYK
产品

SYK直流微型电动 机特点： 内装有专有的空 心杯转子和高性 能的稀土磁钢。 与铁心电机比较 有：小电流、小 体积、高性能、 高效率、低惯量 。
有刷直流电动机， SYK40 外形尺寸:Φ40（mm） 功率：0.2W 额定转速10000（rpm） 额定电压24（V） 280元
编码器
软磁材料是指剩磁和矫顽力均很小的铁磁材料,如硅钢片、
纯铁等。特点是易磁化、易去磁且磁滞回线较窄。
伺服电机控制精度取决于编码器精度。
编码盘 机械工程测试技术基础 P105

编码盘是把被 测转角直接转 换成相应代码 的检测元件。 编码盘有光电 式、接触式和 电磁式三种。
直射式光电转速传感器 机械工程测试技术基础 P105
3.1 两相伺服电机的控制原理 对于两相伺服电动机，若在两相对称绕组中外 施两相对称电压，便可得到圆形旋转磁场。反之， 两相电压因幅值不同，或相位差不是90°电角度， 所得的便是椭圆形旋转磁场。 两相伺服电动机运行时，因控制绕组所加的控制电压 是变化的，一般说来得到的是椭圆形旋转磁场，并由此 产生电磁转矩而使电机旋转。 若改变控制电压的大小或改变它与励磁电压之间的相 位角，都能使电机气隙中旋转磁场的椭圆度发生变化， 从而影响到电磁转矩。当负载转矩一定时，可以通过调 节控制电压的大小或相位来达到改变电机转速的目的。
二、 直流与交流伺服电动机
按控制电机使用电源的性质可分为：直流伺服电动机和交 流伺服电动机 交流伺服电动机通常采用笼形转子两相伺服电动机和空心 杯转子两相伺服电动机，所以常被称为两相伺服电动机。其 输出功率约为0.1-100W，其中最常用的约在30W以下 直流伺服电动机一般用在功率稍大的系统中，其输出功率 约为600W以下，有的可达数千瓦
他励式直流电动机工作原理（续）

由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在 线圈中产生感应电动势，感应电动势的 方向与电流相反。
Baidu Nhomakorabea 2.2基本工作原理
直流伺服电动机实际为一台他励式直流电动机，其励磁 绕组由外施恒压的直流电源励磁或为永磁磁极。 依靠电枢电流与气隙磁通的作用产生电磁转矩，使伺服电 动机转动。通常采用电枢控制方式，即在保持励磁电压不变的条 件下，通过改变电枢电压来调节转速。电枢电压越小，则转速越 低；电枢电压为零时，电动机停转。由于电枢电压为零时电枢电 流也为零，电动机不产生电磁转矩，不会出现“自转”。 2.3直流伺服电动机的控制方法 对直流伺服电动机的控制主要是指对电动机转速大小、方 向的控制，即对电动机工作状态的控制；通常将电枢电压作为 控制信号，实现对电动机转速的控制。 直流伺服电动机稳定运行时的转速为： Uc—控制电压 T——电动机转矩 U R
交流伺服电动机分为同步型 和感应型两种。 synchronous motor 同步电机 interactive 感应电机 Winding control 控制绕组 Winding field 励磁绕组 交流伺服电动机一般为两相交流电机， 由定子和转子两部分组成。转子有笼形 和杯形两种。定子为两相绕组，并在空 间相差90°电角度，一个为励磁绕组， 另一个为控制绕组。如右图所示： “自转”现象及其避免方法 “自转”现象：当励磁电压不为零，控制电压为零时，伺 服电动机相当于一台单相异步电动机，若转子电阻较 小，则电机仍然旋转。 避免“自转”现象方法：增大转子电阻值。
2.4 直流伺服电动机的应用举列
Controller
Filler head sensor 喷嘴 Lead screw 丝杠
Servo motor Filler nozzle
Product flow Master encoder
Bottle sensor
Bottle filling machine
三、交流伺服电动机
他励式直流电动机工作原理
励磁:生成磁场 直流电动机中一般有两套绕组:励磁绕组和电枢绕组，励磁 绕组来产生磁场，电枢绕组产生力矩。
工作原理： 直流电流→电刷→线圈→ 换向器 电流方向：上半圈向里， 下半圈向外
换向片和电源固定联接，线圈无论怎 样转动，总是上半圈的电流向里，下 半圈的电流向外，电刷压在换向片上。 由左手定则，通电线圈在磁场的作用 下，使线圈逆时针转动。