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伺服電動機的工作原理及作用

伺服電機的作用是驅動控制對象。被控對象的轉距和轉速受信號電壓控制，信號電壓的大小和極性改變時，電機的轉動速度和方向也跟著變化。

伺服電動機分類

交流伺服電動機和直流伺服電動機。

一、交流伺服電動機

原理與兩相交流異步電機相同，定子上裝有兩個繞組—勵磁繞組和控制繞組。


勵磁繞組和控制繞組在空間相隔90°。

1、接線：

勵磁繞組的接線 控制繞組的接線

勵磁繞組中串聯電容C的目的是為了產生兩相旋轉磁場。

適當選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近90°，因此便產生旋轉磁場，在旋轉磁場的作用下，轉子便轉動起來。

例：選擇電容，可使交流伺服電機電路中的電壓電流的相量關系如圖所示。

            控制繞組的接線

控制電壓與電源電壓兩者頻率相同，相位相同或反相。

工作時兩個繞組中產生的電流 和 的相位差近90°，因此便產生旋轉磁場。在旋轉磁場的作用下，轉子轉動起來。

2、交流伺服電動機的特點：

1）U₂= 0 時，轉子停止。

這時，雖然U₂ =0V，U₁仍存在，似乎成單相運行狀態，但和單相異步機不同。若單相電機啟動運行后，出現單相后仍轉。伺服電機不同，單相電壓時設備不能轉。

原因：交流伺服電機 R2設計得較大。所以在U₂=0時，交流伺服電機的T=f(s)曲線如下頁圖：

交流伺服電動機的T=f(s)曲線（U₂=0時）

當U₂=0V時，脈動磁場分成的正反向旋轉磁場產生的轉距T'、T" 的合成轉矩T與單相異步機不同。合成轉矩的方向與旋轉方向相反，所以電機在U₂=0V時，能立即停止，體現了控制信號的作用(有控制電壓時轉動，無控制電壓時不轉)，以免失控。

（2）交流伺服電機R2設計得較大，使Sm>1，Tst大，啟動迅速，穩定運行范圍大。

（3）控制電壓U₂大小變化時，轉子轉速相應變化，轉速與電壓U₂成正比。U₂的極性改變時，轉子的轉向改變。


交流伺服電動機的機械特性曲線( U₁=const )

3、應用

交流伺服電機的輸出功率一般為0.1-100W，電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應用很廣泛，如用在自動控制、溫度自動記錄等系統中。


二、直流伺服電動機

1、結構：與直流電動機基本相同。為減小轉動慣量做得細長一些。

2、工作原理：與直流電動機相同。

3、供電方式：他勵。勵磁繞組和電樞由兩個獨立電源供電：

U1為勵磁電壓，U2為電樞電壓。

直流伺服電機的機械特性公式與他勵直流電機一樣：

4、機械特性曲線


由機械特性可知：
(1)U1（即磁通￠）不變時，一定的負載下，U₂↑,n↑。
(2)U2=0時，電機立即停轉。
反轉：電樞電壓的極性改變，電機反轉。

5、應用：

直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬。經常用在功率稍大的系統中，它的輸出功率一般為1-600W。它的用途很多，如隨動系統中的位置控制等。