机械毕业设计英文外文翻译470伺服电机原理及应用

译文

伺服电机原理及应用

电机是如何工作的

电动机是将电能转换成机械运动,电机用在家用电器,电动风扇,遥控玩具等各种使用场合

电机起源于早期电学上的一个发现- Arago转动.在1824年, Francois Arago发现悬浮在铜盘上的磁针,在铜盘转动时也跟着转动.第二年,计算机先驱Charles Babbage和天文学家John Herschel向人们展示上述运动可以相逆的:转动一块位于铜盘上方较强的磁铁时,铜盘也转动.在1831年, Michael Faraday通过试验来解释这一现象发生的原因.在电机实际运用前,半个多世纪来做这些电机些基础研究

过了几十年后,许多发明家不断改进发明将电能转换成机械能.其中一个就是1832 Hippolyte Pixii改进了之后称为换向器的发明.它通过改变位于两个或更多的固定电磁石电流方向,以维持一台电机连续运转. Thomas Davenport是第一个制造出在工业中使用的电机.并是第一个对电机申请专利的.不久电机被用作诸如交通运输等场合. Moritz-Hermann De Jacobi将一台电机安装在涅瓦河上的一条船上. Charles G. Page用电机做了一台小型机车.伴随着19世纪80年代商业性电力供应系统出现,制造出更大的电机也变得有可能. Edison鼓励在工业中便用电机,并且设计了

几一些为工业使用兵新型电机

在19世纪80年代到90年代发生了一个重大变化,电力公司开始考虑转成交流电.交流适合于长距离传输.并且在Edison的电灯上工作的很好,但是没有实际的交流电机存在,直到意大利的Galileo Ferraris和美国的Nikola Tesla. 在今天人们认为Tesla的贡献比Ferraris大部分原因是前者后来受雇于西屋公司,这家公司应用了他自己的及其他人的专利,成了为电气设备一个主要的生产者.随着交流电机成为可能,交流电力的发展,交流电机一直使用到现在。

伺服电机

伺服电机包括交流电机和直流电机。早期的伺服电机通常是直流电机，因为那时只有通过可控硅才能控制大电流。由于晶体管能够控制大电流,并在更高的频率转换大电流，交流电机使用越来越广泛。早期的伺服电机是特别为伺服放大器设计的。如今电机设计则可应用于伺服放大器或变频控制器。这意味着，电机一方面可以用于伺服系统，另一方面可以用于变频驱动。一些公司把不使用步进电机的环闭系统称为伺服系统，因此与调速器相连接的交流异步电机也可以被称作为伺服电机。

伺服电机还有些地方需要改进，包括在额定转速内运行不过热，电机静止时仍能保证足够的扭矩去承受负载在规定的位置，以及超低速长时间转动不过热。旧型电机冷却风扇是直接连在接电机主轴上。当电机工作在低速时，风扇不能产生足够的气流来冷却电机。新一代的电机拥有独立的风扇安装在电机上，所以能提供足够的冷却气流。这个风扇动力来自一个恒压源所以可以使风扇能始终运行在最高转速下，而不管伺服电机的转速

如何。在所有伺服电机中，最实用的是永磁电动机。永磁电机的绕组电压可以是交流也可以是直流.这类永磁电机同以前的永磁电机类似。图1-1显示的是一台普通永磁电机的剖示图。图1-2展示的是伺服永磁电机的剖示图。从图中可以看出，新的电机在轴承室，转子，定子上同以前的电机类似。主要的区别只在于这种新类型的电机可以较大的负载从静止状态动作。这类永磁电机同样有一个编码器或变压器被放置在电机内部。这个可以确保设备能更精确的显示电机轴的位置或速度。

图1-1 典型永磁电机

图1-2剖视图永磁伺服电机

无刷伺服电机

无刷伺服电机可以无碳刷运行，这就意味着它的换向现在需要由电子完成而不是由机械碳刷来完成。电子换向由晶体管以某种周期方式开关来实现的。图1-3显示三条输入到无刷伺服电机的电压和电流波形。图1-4显示一台三相绕组的无刷伺服电机，这种无刷伺服电机的主要特点是可以交流或直流电源驱动。

图1-3(a)输入电压、电流方波梯形波表(b)正弦电压和正弦输入电压和方波输出电压波型(c)正玄输入电压和正弦电流波形这已经成为最流行的无刷式伺服控制

图1-3展示三种电压波形来驱动无刷伺服电机。图1-3a展示梯形反电动势电压，方波电流输入，图1-3b显示为一正弦波输入电压和一方波电流波形，图-3c显示一正弦波办公设备电压放一正弦波电流波形,正弦波电压和正弦波电流波形是无刷伺服电机最常用的驱动。

图1-4（a）晶体管三相绕阻无刷伺服电机。（b）三相绕阻电机使用三个独立的电压波形。（c）波形信号用来控制晶体管的波形序列。（d）反电势波形。

图1-4展示三组晶体管,它同变频驱动的输出端很相似.在图1-4a，连接到电机三相绕阻的晶体管同变频驱动基本相同。图1-4b晶体管输出波形图，它是由三组独立的正弦波形组成。图1-4c是输入到每个晶体管的控制端的波形。图1-4d显示驱动波形的反电势。

伺服电机控制器

伺服电机控制器使一台伺服电机不只是用于放大器功能。今天的伺服电机控制器既要能做一定量的判断，也要提供一种方法能接受外部传感器和内部控制的信号，同时也可以在主控制器，PLCS和伺服系统数据交换。图1-5展示一些伺服电机与放大器。从图中看,这些同其它类型的电机和控制器比较相似。

图1-5 伺服电机与放大器

图1-6显示一张伺服电机控制器的图,你可以从中看出与其它类型电机的不同之处。图中的控制器用于直流伺服电机。输入电源，伺服电机及转速计连接到控制器底部的P3端口。可以看出输入电源为115V单相交流电。一个主断路器串联在L1线上。由L1和N经过的电源经过一个隔离的降压变压器.变压器的次级电压可是介于20到85伏的之间的任意电压。控制器通过引脚8接地.你应该记得在这点接地只是用来对系统的金属部份提供短路保护。

图1-6 伺服控制图（此图显示将数字信号和模拟信号送到控制器，再由信号控制器

将信号送回给所在的主控制器或可编程控制器）

伺服电机边接控制器的4脚和5脚。其中5脚是+，4脚是-。3脚是对电机和控制器提供一种屏蔽接地保护。转速计连接到引脚1和引脚2，其中脚2是+，脚1是-。屏蔽线缆同电机外壳连接.连接到这个端口的引线应该比同其它端口的引线要粗，因为他们承受更大的电机电流。如果电机使用额外的散热风扇，它也应该连接到这个端口上，在绝大部分场合，散热风扇由一常规的110V或240V的单相或三相交流电供电。

控制信号通过P1端口送到控制器.控制信号的引脚是1和2,其中1是+,2是-.这是一种非接地常规的信号,同电路中其它部分不共享接地,一些附加的辅助信号也连接到P1。这些信号包括约束，如可以通过外部控制器来使驱动失效。正反转命令，如要求控制器给电机通电，使电机按