伺服电机讲解
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伺服电机讲解
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内容
由于我们是从事非标自动化设备设计与制造的， 主要是合理地选择和正确使用各种控制电机，因此本 次讲座着重阐述伺服电机的基本结构、工作原理、工 作特性和使用方法。具体内容如下：
1 概述 2 伺服电机基本结构及原理 3 旋转磁场作用下的运行分析 4 伺服电机的机械特性及控制方式 5 交流伺服电机的应用 6 伺服电机选择及主要性能指标
--
1 概述 1.2伺服电机最大特点
在有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没 有控制信号输入，它就停止转动。改变控制电压的 大小和相位(或极性)就可改变伺服电动机的转速和 转向。
--
1 概述 1.3伺服电机与普通电机相比具有如下特点
(1)调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控制电 压改变，能在宽广的范围内连续调节。 (2)转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。 (3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。
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4.2 零信号时的机械特性和无“自转”现象
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4.2 零信号时的机械特性和无“自转”现象
当电阻已增大到使临界转差率＞1的程度时，合成转矩曲线与横 轴相交仅有一点(S＝1处)，而且在电机运行范围内，合成转矩均
为负值，即为制动转矩。因而当控制电压UC取消变为单相运行时，
电机就立刻产生制动转矩，与负载阻转矩一起促使电机迅速停转， 这样就不会产生自转现象。
松下交流伺服电机及驱动器
安川伺服电机驱动器
--
2 伺服电机基本结构及原理
驱动器
交流伺服 电机器
交流伺服电机系统
--
2 伺服电机基本结构及原理
2.1 结构
交流电机
交流电机 电源线
编码器
编码器信 号输出线
--
2 伺服电机基本结构及原理
1.2.1 结构
交流电机
机械负载轴
减速齿轮
--
2 伺服电机基本结构及原理
--
1 概述 1.4伺服电机在自控制系统中的典型应用
其它场合的应用
--
1 概述
1.5伺服电动机典型生产厂家
德国西门子，产品外形有：
伺服电机
伺服电机驱动器
--
1 概述
1.5伺服电动机典型生产厂家
美国科尔摩根，产品外形有：
伺服电机
伺服电机驱动器
--
1 概述
1.5伺服电动机典型生产厂家
日本松下及安川，产品外形有：
生电磁力，这个电磁力F作用在转子上，并对转轴形成电磁转矩。
根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的方向是一致的，也是顺时 针方向。因此，鼠笼转子便在电磁转矩作用下顺着磁铁旋转的方 向转动起来。
--
3 旋转磁场作用下的运行分析 3.1伺服电机旋转磁场的产生
为了分析方便，先假定 励磁绕组有效匝数Uf与 控制绕组有效匝数UC相 等。这种在空间上互差 900电角度，有效匝数又 相等的两个绕组称为对 称两相绕组。
2 伺服电机基本结构及原理
2.2 转动原理
--
2 三相异步电动机的转动原理 2.2 转动原理
--
2 三相异步电动机的转动原理
2.2 转动原理
当磁铁旋转时，在空间形成一个旋转磁场。假设永久磁铁是顺 时纠方向以n0的转速旋转，那末它的磁力线也就以顺时针方向切 割转子导条，在转子导条中就产生感应电势。根据右手定则，N 极下导条的感应电势方向垂直地从纸面出来。而S极下导条的感 应电势方向垂直地进入纸面。由于鼠笼转子的导条都是通过短路 环连接起来的，因此在感应电势的作用下，在转子导条中就会有 电流流过，电流有功分量的方向和感应电势方向相同。再根据通 电导体在磁场中受力原理，转子载流导条又要与磁场相互作用产
示的是一台两极的电机，即极对数P＝1。对两极电机而言，电
流每变化一个周期，磁场旋转一圈，因而当
电源频率f＝400 Hs，即每秒变化400个周期时，磁场每秒应当
转400圈，故对两极电机，即P＝1而言，旋转磁场转速为
n0= 24000 r／min
f
60f
旋转磁场转速为的一般表达式为
n0
(r/s) p
(r/min) p
--
4.伺服电机的机械特性及控制方式
4.1伺服电机的机械特性
--
4.2 零信号时的机械特性和无“自转”现象
对于伺服电动机，还有一条很重要的机械特性，这就是零 信号时的机械特性，所谓零信号，就是控制电压UC＝0，这时 磁场是脉振磁场，它可以分解为幅值相等、转向相反的两个圆 形旋转磁场，其作用可以想象为有两对相同大小的磁铁N—S和 N—S在空间以相反方向旋转。
电气原理图
--
2 伺服电机基本结构及原理
2、 转子
(1) 笼型转子 铁芯槽内放铜条,端
部用短路环形成一体, 或铸铝形成转子绕组。
转 定子 子
壳体
笼型转子
铸铝的笼型转子 --
2 伺服电机基本结构及原理
(2) 杯型转子纲
薄壁园筒形，放于内外定 子之间。一般壁厚为0.3mm
转 定子 子
壳体
杯型转子
-定子和转子二
大部分组成
1、定子
由铁心和线圈组成
_
+_
+
e e e e 励磁绕组
控制绕组
+
_+
_
定子 壳体
•U1
U2
励磁电压
•U1
U2
控制电压
--
1.2 伺服电机基本结构及原理
1.2.1 结构
由定子和转子二大部分组成
1、定子
由铁心和线圈组成
转定 子子
壳 体
励磁绕组
控制绕组
控制绕组与励磁 绕组相差900
控制绕组 励磁绕组
UF1
UC1
UC2
UF2
当两相对称电流通入两相对称绕组时，在电机内就产生一个旋 转磁场。当电流变化一个周期时，旋转磁场在空间转了一圈。 --
3.2伺服电机旋转磁场的方向
励磁绕组
控制绕组
--
3.2伺服电机旋转磁场的方向
励磁绕组
控制绕组
--
3.3 伺服电机旋转磁场的速度
旋转磁场的转速决定于定子绕组极对数和电源的频率。图所表
--
目的
了解伺服电机基本结构，掌握其工作原理、运 行特性及其特点、应用场合，以求正确选用和使用 它们。
--
1 概述 1.1 什么叫伺服电机
伺服电动机也称为执行电动机，在控制系统 中用作执行元件，将电信号转换为轴上的转角或 转速，以带动控制对象。
伺服电动机分为：
1、交流伺服电动机 2、直流伺服电动机
控制绕组
励磁绕组
电气原理图
--
3 旋转磁场作用下的运行分析
3.1旋转磁场的产生
同时，又假定通入励磁 绕组的电流Uf与通入控
ic Im sint
if Im sint 90
if Ic
制绕组的电流UC相位上
彼此相差900幅值彼此相
等，这样的两个电流称
为两相对称电流，用数
学式表示为
--
3.1旋转磁场的产生
--
内容
由于我们是从事非标自动化设备设计与制造的， 主要是合理地选择和正确使用各种控制电机，因此本 次讲座着重阐述伺服电机的基本结构、工作原理、工 作特性和使用方法。具体内容如下：
1 概述 2 伺服电机基本结构及原理 3 旋转磁场作用下的运行分析 4 伺服电机的机械特性及控制方式 5 交流伺服电机的应用 6 伺服电机选择及主要性能指标
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1 概述 1.2伺服电机最大特点
在有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没 有控制信号输入，它就停止转动。改变控制电压的 大小和相位(或极性)就可改变伺服电动机的转速和 转向。
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1 概述 1.3伺服电机与普通电机相比具有如下特点
(1)调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控制电 压改变，能在宽广的范围内连续调节。 (2)转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。 (3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。
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4.2 零信号时的机械特性和无“自转”现象
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4.2 零信号时的机械特性和无“自转”现象
当电阻已增大到使临界转差率＞1的程度时，合成转矩曲线与横 轴相交仅有一点(S＝1处)，而且在电机运行范围内，合成转矩均
为负值，即为制动转矩。因而当控制电压UC取消变为单相运行时，
电机就立刻产生制动转矩，与负载阻转矩一起促使电机迅速停转， 这样就不会产生自转现象。
松下交流伺服电机及驱动器
安川伺服电机驱动器
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2 伺服电机基本结构及原理
驱动器
交流伺服 电机器
交流伺服电机系统
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2 伺服电机基本结构及原理
2.1 结构
交流电机
交流电机 电源线
编码器
编码器信 号输出线
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2 伺服电机基本结构及原理
1.2.1 结构
交流电机
机械负载轴
减速齿轮
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2 伺服电机基本结构及原理
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1 概述 1.4伺服电机在自控制系统中的典型应用
其它场合的应用
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1 概述
1.5伺服电动机典型生产厂家
德国西门子，产品外形有：
伺服电机
伺服电机驱动器
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1 概述
1.5伺服电动机典型生产厂家
美国科尔摩根，产品外形有：
伺服电机
伺服电机驱动器
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1 概述
1.5伺服电动机典型生产厂家
日本松下及安川，产品外形有：
生电磁力，这个电磁力F作用在转子上，并对转轴形成电磁转矩。
根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的方向是一致的，也是顺时 针方向。因此，鼠笼转子便在电磁转矩作用下顺着磁铁旋转的方 向转动起来。
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3 旋转磁场作用下的运行分析 3.1伺服电机旋转磁场的产生
为了分析方便，先假定 励磁绕组有效匝数Uf与 控制绕组有效匝数UC相 等。这种在空间上互差 900电角度，有效匝数又 相等的两个绕组称为对 称两相绕组。
2 伺服电机基本结构及原理
2.2 转动原理
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2 三相异步电动机的转动原理 2.2 转动原理
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2 三相异步电动机的转动原理
2.2 转动原理
当磁铁旋转时，在空间形成一个旋转磁场。假设永久磁铁是顺 时纠方向以n0的转速旋转，那末它的磁力线也就以顺时针方向切 割转子导条，在转子导条中就产生感应电势。根据右手定则，N 极下导条的感应电势方向垂直地从纸面出来。而S极下导条的感 应电势方向垂直地进入纸面。由于鼠笼转子的导条都是通过短路 环连接起来的，因此在感应电势的作用下，在转子导条中就会有 电流流过，电流有功分量的方向和感应电势方向相同。再根据通 电导体在磁场中受力原理，转子载流导条又要与磁场相互作用产
示的是一台两极的电机，即极对数P＝1。对两极电机而言，电
流每变化一个周期，磁场旋转一圈，因而当
电源频率f＝400 Hs，即每秒变化400个周期时，磁场每秒应当
转400圈，故对两极电机，即P＝1而言，旋转磁场转速为
n0= 24000 r／min
f
60f
旋转磁场转速为的一般表达式为
n0
(r/s) p
(r/min) p
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4.伺服电机的机械特性及控制方式
4.1伺服电机的机械特性
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4.2 零信号时的机械特性和无“自转”现象
对于伺服电动机，还有一条很重要的机械特性，这就是零 信号时的机械特性，所谓零信号，就是控制电压UC＝0，这时 磁场是脉振磁场，它可以分解为幅值相等、转向相反的两个圆 形旋转磁场，其作用可以想象为有两对相同大小的磁铁N—S和 N—S在空间以相反方向旋转。
电气原理图
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2 伺服电机基本结构及原理
2、 转子
(1) 笼型转子 铁芯槽内放铜条,端
部用短路环形成一体, 或铸铝形成转子绕组。
转 定子 子
壳体
笼型转子
铸铝的笼型转子 --
2 伺服电机基本结构及原理
(2) 杯型转子纲
薄壁园筒形，放于内外定 子之间。一般壁厚为0.3mm
转 定子 子
壳体
杯型转子
-定子和转子二
大部分组成
1、定子
由铁心和线圈组成
_
+_
+
e e e e 励磁绕组
控制绕组
+
_+
_
定子 壳体
•U1
U2
励磁电压
•U1
U2
控制电压
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1.2 伺服电机基本结构及原理
1.2.1 结构
由定子和转子二大部分组成
1、定子
由铁心和线圈组成
转定 子子
壳 体
励磁绕组
控制绕组
控制绕组与励磁 绕组相差900
控制绕组 励磁绕组
UF1
UC1
UC2
UF2
当两相对称电流通入两相对称绕组时，在电机内就产生一个旋 转磁场。当电流变化一个周期时，旋转磁场在空间转了一圈。 --
3.2伺服电机旋转磁场的方向
励磁绕组
控制绕组
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3.2伺服电机旋转磁场的方向
励磁绕组
控制绕组
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3.3 伺服电机旋转磁场的速度
旋转磁场的转速决定于定子绕组极对数和电源的频率。图所表
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目的
了解伺服电机基本结构，掌握其工作原理、运 行特性及其特点、应用场合，以求正确选用和使用 它们。
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1 概述 1.1 什么叫伺服电机
伺服电动机也称为执行电动机，在控制系统 中用作执行元件，将电信号转换为轴上的转角或 转速，以带动控制对象。
伺服电动机分为：
1、交流伺服电动机 2、直流伺服电动机
控制绕组
励磁绕组
电气原理图
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3 旋转磁场作用下的运行分析
3.1旋转磁场的产生
同时，又假定通入励磁 绕组的电流Uf与通入控
ic Im sint
if Im sint 90
if Ic
制绕组的电流UC相位上
彼此相差900幅值彼此相
等，这样的两个电流称
为两相对称电流，用数
学式表示为
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3.1旋转磁场的产生