专题四十八 伺服电机（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题四十八 伺服电机（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.能准确区分交流伺服电机与直流伺服电机的核心差异，包括结构、电源类型及典型应用场景。

2.掌握伺服电机日常使用中的关键维护要点，能列举2-3项核心维护内容。

3.明确步进电机与伺服电机在机床应用中的核心性能差异，能准确阐述两者在“失步现象”“定位精度”“过载能力”“成本”等方面的区别。

4.能根据机床工作需求（如负载大小、加工精度、运行速度），掌握伺服电机选型的核心逻辑。

二、知识点梳理

一、交流伺服电机

交流伺服电机的定子结构和单相异步电动机相似,它的定子上装有两个在空间相差90°电角度的绕组,即励磁绕组和控制绕组。运行时励磁绕组始终加上一定的交流励磁电压,控制绕组上则加大小或相位随信号变化的控制电压。交流伺服电机按转子的结构类型分为笼型转子和空心杯形转子两种,见表8-1。

2.交流伺服电机的工作原理

伺服电机的工作原理与单相异步电动机相似,如图8-6所示。LL是有固定电压励磁的励磁绕组,LK是有伺服放大器供电的控制绕组,两相绕组在空间相差90°电角度。

如果与的相位差为90”,而且两相绕组的磁通势幅值又相等,这种状态称为对称状态。与单相异步电动机一

样,这时在气隙中产生的合成磁场为一旋转磁场,其转速称为同步转速。旋转磁场与转子导体相对切割,在转子中产生感应电流。转子电流与旋转磁场相互作用产生转矩,使转子旋转。如果改变加在控制绕组上电流的大小或相位差,就破坏了对称状态,使旋转磁场减弱,电动机的转速下降。电动机的工作状态越不对称,总电磁转矩就越小。当除去控制绕组上信号电压以后,电机立即停止转动。这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的区别。

交流伺服电机与单相异步电动机相比,有三个显著特点:

(1)启动转矩大。由于转子电阻很大,可使临界转差率s>1,定子一加上控制电压,转子可立即启动运转。

(2)运行范围宽。在转差率s从0~1的范围内伺服电机都能稳定运转。

(3)无自转现象。控制信号消失后,电动机旋转不停的现象称为“自转”。自转现象破坏伺服性,显然要避免。正常运转的伺服电机只要失去控制电压后,同服电机就处于单相运行状态其特性曲线如图8-7所示。

二、直流伺服电机

直流伺服电机实质上就是一台他励式直流电机,其结构、原理与一般直流电机基本相同。但直流伺服电机有其本身的特点:与普通直流电机相比,直流伺服电机气隙比较小,磁路不饱和,磁通和励磁电压成正比;电枢电阻较大,机械特性为软特性;电枢比较细长,转动惯量小;换向性能较好,不需换向极。

直流伺服电机有他励式和永磁式两种,其转速由信号电压控制。信号电压若加在电枢绕组两端,称为电枢控制:若加在励磁组两端则称为磁极控制。由于电枢控制的直流伺服电机的机械特性线性度较好、损耗较小,且由于电枢回路电感较小,因而电磁惯性较小,故其响应速度比磁极控制式快,所以在工程上多采用电枢控制。

直流伺服电机结构特点见表。

三、伺服电机的使用和维护

1.交流伺服电机的使用和维护

交流伺服电机因没有电刷之类的滑动接触,机械强度高,可靠性好,寿命长。只要选用恰当

使用正确,故障率通常很低。但要注意以下几点:

(1)励磁绕组经常接在电源上,要防止过热现象。为此,交流伺服电机要安装在有足够大散热面积的金属固定面板上,电机与散热板应紧密接触,要通风良好,必要时可以用风扇冷却。电机与其他发热器件尽量隔开一定距离。

(2)输入控制信号的放大器输出阻抗要小,防止机械特性变软。

(3)信号频率不能超过其额定范围,否则机械特性会变软,还可能产生“自转”现象。

2.直流伺服电机的使用和维护

(1)直流伺服电机的特性与温度有关,寿命与使用环境、温度、海拔高度、湿度、空气质量、冲击、振动及轴上负载等有关,选择时应综合考虑。

(2)电磁式电枢控制直流同服电机在使用时,要先接通励磁电源,然后再施加电枢控制电压。电机运行过程中,一定要避免励磁绕组断电,以免电枢电流过大和超速。

(3)采用晶闸管整流电源时,要带滤波装置。

(4)输入控制信号的放大器输出阻抗要小,防止机械特性变软。

(5)运行中的直流伺服电机,当控制电压消失或减小时,为了提高系统的快速响应性能,可以在电枢两端并联一个电阻,以便和电枢形成回路。

四、步进电机与伺服电机在机床应用中的性能比较

在数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。步进电机与伺服电机在机床应用中的性能比较见表。