第一章伺服電動(dòng)機(jī)第一頁(yè)，共85頁(yè)。基本(jīběn)內(nèi)容和重難點(diǎn)基本內(nèi)容：直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和分類，電樞控制時(shí)的運(yùn)行性能：機(jī)械特性、調(diào)節(jié)特性、動(dòng)態(tài)特性。交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和分類；控制方式；兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱分量法；幅值控制時(shí)的機(jī)械特性、調(diào)節(jié)特性和輸出特性；幅值——相位(xiàngwèi)控制（電容控制）時(shí)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件；幅值控制時(shí)的動(dòng)態(tài)性能及影響因素；單相運(yùn)行不“自轉(zhuǎn)”的條件；交、直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較。重難點(diǎn)：重點(diǎn)掌握電樞控制時(shí)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性，同時(shí)，還應(yīng)掌握電樞控制時(shí)的傳遞函數(shù)和時(shí)間常數(shù)。重點(diǎn)掌握兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱分量法，在此基礎(chǔ)上，著重掌握幅值控制時(shí)電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性，幅值——相位(xiàngwèi)控制（電容控制）時(shí)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件，單相運(yùn)行不“自轉(zhuǎn)”的條件。第二頁(yè)，共85頁(yè)。本章(běnzhānɡ)要點(diǎn)伺服電動(dòng)機(jī)概述概念、直流與交流(jiāoliú)伺服電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)的發(fā)展控制系統(tǒng)的要求直流伺服電動(dòng)機(jī)概念、結(jié)構(gòu)與分類普通型、盤型電樞、空心杯、無(wú)槽直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式、運(yùn)行特性、機(jī)械特性、調(diào)節(jié)特性直流伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性、機(jī)電過(guò)渡過(guò)程、等效電路、傳遞函數(shù)、角速度時(shí)間變化規(guī)律、影響機(jī)械時(shí)間常數(shù)的因素常見直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)兩相伺服電動(dòng)機(jī)原理與結(jié)構(gòu)：工作原理、性能要求、特點(diǎn)、“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象及其避免方法、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式、控制原理、控制方式對(duì)稱分量法：基本思想和物理意義、方法原理、繞組磁勢(shì)、繞組的電流關(guān)系、等效電路、控制與勵(lì)磁繞組電流、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩幅值控制時(shí)的電機(jī)運(yùn)行性能：理想和實(shí)際電動(dòng)機(jī)的機(jī)械、調(diào)節(jié)和輸出特性及相關(guān)影響(yǐngxiǎng)因素其它控制方式下的電機(jī)運(yùn)行性能及電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行不”自轉(zhuǎn)”判據(jù)交、直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較第三頁(yè)，共85頁(yè)。第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)概述(ɡàishù)第四頁(yè)，共85頁(yè)。伺服電動(dòng)機(jī)的概念(gàiniàn)又被稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，將輸入的電壓信號(hào)變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度而輸出而控制受控對(duì)象伺服電動(dòng)機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速。是自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件輸入的電壓信號(hào)稱為控制信號(hào)或控制電壓，改變控制電壓可以變更伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向(zhuǎnxiàng)伺服電動(dòng)機(jī)可分為兩類：交流伺服電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)第五頁(yè)，共85頁(yè)。直流與交流(jiāoliú)伺服電動(dòng)機(jī)按控制電機(jī)使用電源的性質(zhì)可分為直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)通常采用籠形園子兩相伺服電動(dòng)機(jī)和空心杯轉(zhuǎn)子兩相伺服電動(dòng)機(jī)，所以常被稱為兩相伺服電動(dòng)機(jī)。其輸出功率約為0.1-100W，其中(qízhōng)最常用的約在30W以下直流伺服電動(dòng)機(jī)一般用在功率稍大的系統(tǒng)中，其輸出功率約為1-600W，有的可達(dá)數(shù)千瓦第六頁(yè)，共85頁(yè)。伺服電動(dòng)機(jī)的發(fā)展(fāzhǎn)隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)展和要求的不斷提高，出現(xiàn)了較多的新型結(jié)構(gòu)隨著系統(tǒng)快速響應(yīng)性要求的提高，各種低慣量的的伺服電動(dòng)機(jī)相繼出現(xiàn)，如盤形電樞直流電動(dòng)機(jī)、空心杯電樞直流電動(dòng)機(jī)、無(wú)槽電樞直流電動(dòng)機(jī)等隨著電子技術(shù)的發(fā)展(fāzhǎn)，出現(xiàn)了新型的如無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)等此外，為了適應(yīng)高精度低速伺服系統(tǒng)的需要，研制出了直流力矩電動(dòng)機(jī)，它取消了減速機(jī)構(gòu)而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載第七頁(yè)，共85頁(yè)?？刂葡到y(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的要求寬廣(kuānguǎng)的調(diào)速范圍機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性為線性無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象快速響應(yīng)性第八頁(yè)，共85頁(yè)。第二節(jié)直流伺服電動(dòng)機(jī)第九頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的概念(gàiniàn)使用(shǐyòng)直流電源的伺服電動(dòng)機(jī)，實(shí)質(zhì)上上一臺(tái)他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)第十頁(yè)，共85頁(yè)。結(jié)構(gòu)(jiégòu)與分類普通型直流伺服電機(jī)盤型電樞(diànshū)直流伺服電動(dòng)機(jī)空心杯直流伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)槽直流伺服電動(dòng)機(jī)第十一頁(yè)，共85頁(yè)。普通型直流伺服電機(jī)其結(jié)構(gòu)型式與普通直流電動(dòng)機(jī)基本相同組成：定子、轉(zhuǎn)子兩大部分分類：永磁式和電磁式永磁式：在定子上裝置由永久磁鋼做成的磁極，如我國(guó)的SY系列直流伺服電動(dòng)機(jī)電磁式：定子通常由硅鋼片沖制而成，磁極和磁軛整體相連(xiānɡlián)，在磁極鐵心上套有勵(lì)磁繞組，如我國(guó)的SZ系列直流伺服電動(dòng)機(jī)兩種電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心由硅鋼片沖制而成，在園子沖片的外圓上開有均布的齒槽，和普通直流電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片相同第十二頁(yè)，共85頁(yè)。盤型電樞(diànshū)直流伺服電動(dòng)機(jī)定子由永久磁鋼和前后磁軛所組成，磁鋼可在圓盤的一側(cè)放置，也可在兩側(cè)同時(shí)放置。電機(jī)的氣隙位于圓盤的兩邊，圓盤上有電樞繞組，可分為印制繞組和繞線式繞組。電樞繞組中的電流沿徑向渡過(guò)圓盤表面，并與軸向磁通相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。繞組的徑向段為有效部分，彎曲段為端接部分。常用(chánɡyònɡ)電樞繞組有效部分的裸導(dǎo)體表面兼做換向器，與電刷直接接觸。第十三頁(yè)，共85頁(yè)。盤型電樞(diànshū)直流伺服電動(dòng)機(jī)第十四頁(yè)，共85頁(yè)?？招?kōngxīn)杯直流伺服電動(dòng)機(jī)有一個(gè)外定子和一個(gè)內(nèi)定子。通常外定子由兩個(gè)半圓形的永久磁鋼組成，內(nèi)定子為圓柱形軟磁材料制成，僅作為磁路的一部分，以減小磁路的磁阻。也有內(nèi)定子由永久磁鋼做成，外定子由軟磁材料做成。繞組或采用印制繞組，或先繞成單個(gè)成型線圈，然后將它們沿圓周(yuánzhōu)的軸向排列成空心杯形，再用環(huán)氧樹脂熱固化成型。電樞直接裝在電機(jī)軸上，在內(nèi)、外定子間的氣隙中旋轉(zhuǎn)。電樞繞組接到換向器上，由電刷引出。我國(guó)生產(chǎn)的這種控制電機(jī)的型號(hào)為：SYK第十五頁(yè)，共85頁(yè)?？招?kōngxīn)杯直流伺服電動(dòng)機(jī)第十六頁(yè)，共85頁(yè)。無(wú)槽直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞鐵心不開槽電樞繞組直接排列在鐵心表面，再用環(huán)氧樹脂將其與電樞鐵心固化成整體定子磁極可用永久磁鋼做成，也可用電磁式結(jié)構(gòu)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和電樞繞組的電感相較而言較大，因而其動(dòng)態(tài)性能(xìngnéng)較差工國(guó)生產(chǎn)的這種型號(hào)的電機(jī)為SWC第十七頁(yè)，共85頁(yè)。無(wú)槽直流伺服電動(dòng)機(jī)第十八頁(yè)，共85頁(yè)?？刂?kòngzhì)方式一般采用電樞(diànshū)控制方式控制過(guò)程：當(dāng)勵(lì)磁電壓恒定、負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，升高電樞(diànshū)電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之升高；反之，減小電樞(diànshū)電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降；若電樞(diànshū)的電壓為零，電機(jī)停轉(zhuǎn)；當(dāng)電樞(diànshū)的電壓極性改變時(shí)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向也隨之改變。因此，把電樞(diànshū)電壓作為控制信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)制轉(zhuǎn)速控制MU1I1I2U2放大器U++––第十九頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行(yùnxíng)特性假設(shè)條件電機(jī)的磁路(cílù)不飽和電刷位于幾何中性線忽略負(fù)載時(shí)電樞反應(yīng)磁勢(shì)的影響電機(jī)的每極氣隙磁通保持恒定第二十頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械(jīxiè)特性含義：指在控制電壓保持不變的情況下，直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n隨轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系。理想空載轉(zhuǎn)速：當(dāng)轉(zhuǎn)矩為零時(shí)的轉(zhuǎn)速，僅與電樞(diànshū)電壓有關(guān)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)的轉(zhuǎn)矩，僅與電樞(diànshū)電壓有關(guān)，第二十一頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械(jīxiè)特性由圖可見，隨著控制電壓的增大，電機(jī)(diànjī)的機(jī)械特性曲線平行地向轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩增加的方向移動(dòng)，但它的斜率保持不變，所以電樞控制時(shí)直流伺服電動(dòng)機(jī)制機(jī)械特性是一組平行的直線第二十二頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)(tiáojié)特性含義：指負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞(diànshū)電壓的關(guān)系。第二十三頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)(tiáojié)特性由圖可見直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性也是一組平行的直線調(diào)節(jié)特性曲線與橫軸的交點(diǎn)表示在某一電磁轉(zhuǎn)矩（若略去電動(dòng)機(jī)的空載損耗(sǔnhào)，則為負(fù)載轉(zhuǎn)矩值）時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓。若轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，電機(jī)的控制電壓大于相應(yīng)的起動(dòng)電壓，電動(dòng)機(jī)便能起動(dòng)并達(dá)到某一轉(zhuǎn)速；反之，控制電壓小于相應(yīng)的起動(dòng)電壓，則電動(dòng)機(jī)所能產(chǎn)生的最大電磁轉(zhuǎn)矩仍小于所要求的轉(zhuǎn)矩值，不能啟動(dòng)。所以在調(diào)節(jié)特性曲線上從原點(diǎn)到始動(dòng)電壓點(diǎn)的這一段橫坐標(biāo)所示的范圍稱謂某一電磁轉(zhuǎn)矩值時(shí)的失靈區(qū)。顯然失靈區(qū)的大小與電磁轉(zhuǎn)矩的大小成正比。第二十四頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性含義:指電動(dòng)機(jī)的電樞上外施階躍電壓時(shí)，電機(jī)(diànjī)轉(zhuǎn)速?gòu)牧汩_始的增長(zhǎng)過(guò)程，即或第二十五頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電(jīdiàn)過(guò)渡過(guò)程電機(jī)的過(guò)渡過(guò)程由電氣和機(jī)械的過(guò)渡過(guò)程相互交疊在一起(yīqǐ)形成的電動(dòng)機(jī)在電樞外施控制電壓前牌停轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)電樞外施階躍電壓后，由于電樞繞組有電感，電樞電流不能突然增長(zhǎng)，因而有一個(gè)電氣過(guò)渡過(guò)程，即相應(yīng)電磁轉(zhuǎn)矩的增長(zhǎng)也有一個(gè)過(guò)程。另一個(gè)方面，在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，電機(jī)從停轉(zhuǎn)狀態(tài)逐漸加速，由于電樞有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)牧阍鲩L(zhǎng)到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速需要一定的時(shí)間，因此應(yīng)存在一個(gè)機(jī)械過(guò)渡過(guò)程在整個(gè)機(jī)電過(guò)渡過(guò)程中，電氣和機(jī)械過(guò)渡過(guò)程相互影響。一方面由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速由零加速到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是由電磁轉(zhuǎn)矩（或電樞電流）所決定；另一方面，電磁轉(zhuǎn)矩或電樞電流又隨轉(zhuǎn)速而變化。因此電機(jī)的機(jī)電過(guò)渡過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的電氣、機(jī)械相交疊的物理過(guò)程第二十六頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的等效電路通過(guò)(tōngguò)分析直流伺服電動(dòng)機(jī)的等效電路可以得到電樞回路的電壓平衡方程式：直流伺服電動(dòng)機(jī)的等效電路為：第二十七頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零，并略去電機(jī)的鐵心損耗(sǔnhào)和摩擦轉(zhuǎn)矩后，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩全部用來(lái)使轉(zhuǎn)子加速，即：從而(cóngér)得到直流伺服電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)：第二十八頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)考慮電樞(diànshū)電感很小，傳遞函數(shù)可寫作：其中：電動(dòng)機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)電動(dòng)機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)第二十九頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)通常電樞繞組的電感很小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子又有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因而機(jī)械時(shí)間常數(shù)要比電氣(diànqì)時(shí)間常數(shù)大得多，故而常將電氣(diànqì)常數(shù)忽略，即傳遞函數(shù)為：顯然這是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)第三十頁(yè)，共85頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)角速度時(shí)間(shíjiān)變化規(guī)律略去電動(dòng)機(jī)的電氣(diànqì)時(shí)間常數(shù)和電樞外施階躍電壓可得直流伺服電動(dòng)機(jī)角速度時(shí)間變化規(guī)律：第三十一頁(yè)，共85頁(yè)。影響(yǐngxiǎng)機(jī)械時(shí)間常數(shù)的因素機(jī)械(jīxiè)時(shí)間常數(shù)的公式：從而可以看出機(jī)械(jīxiè)時(shí)間常數(shù)的影響因素有：機(jī)械(jīxiè)時(shí)間常數(shù)與電機(jī)電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比，因此為了減小電機(jī)的機(jī)械(jīxiè)時(shí)間常數(shù)，宜宜采用細(xì)長(zhǎng)形的電樞或采用空心杯電樞、盤形電樞，以獲得盡量小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J值機(jī)械(jīxiè)時(shí)間常數(shù)與電機(jī)的每極氣隙磁通的平方成反比。為了減小電機(jī)的機(jī)械(jīxiè)時(shí)間常數(shù)，應(yīng)增加每極氣隙磁通，即增高氣隙磁密機(jī)械(jīxiè)時(shí)間常數(shù)與與電樞電阻Ra的大小成正比。為了減小電機(jī)的機(jī)械(jīxiè)時(shí)間常數(shù)，應(yīng)盡可能減小電樞電阻，當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)并由放大器供給控制電壓時(shí)，其機(jī)械(jīxiè)時(shí)間常數(shù)還受到系統(tǒng)放大器的內(nèi)阻Ri的影響，相應(yīng)公式中的電阻從應(yīng)改寫為Ra十Ri。第三十二頁(yè)，共85頁(yè)。我國(guó)目前生產(chǎn)(shēngchǎn)的常見直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)SZ系列：<30msSY系列:<30msSY系列(小機(jī)座號(hào)):<35ms快速(kuàisù)低慣量:<10ms空心杯式:<2-3ms第三十三頁(yè)，共85頁(yè)。第三節(jié)兩相伺服電動(dòng)機(jī)第三十四頁(yè)，共85頁(yè)。原理(yuánlǐ)與結(jié)構(gòu)第三十五頁(yè)，共85頁(yè)。兩相伺服電動(dòng)機(jī)的工作(gōngzuò)原理交流伺服電動(dòng)機(jī)一般為兩相交流電機(jī)，由定子和轉(zhuǎn)子兩部分(bùfen)組成。轉(zhuǎn)子有籠形和杯形兩種。定子為兩相繞組，并在空間相差90°電角度，一個(gè)為勵(lì)磁繞組，另一個(gè)為控制繞組。如右圖所示：第三十六頁(yè)，共85頁(yè)。控制系統(tǒng)的性能(xìngnéng)要求具有寬廣的調(diào)速范圍線性的機(jī)械特性(tèxìng)無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象快速響應(yīng)等。第三十七頁(yè)，共85頁(yè)?！白赞D(zhuǎn)”現(xiàn)象(xiànxiàng)及其避免方法“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象：當(dāng)勵(lì)磁電壓不為零，控制電壓為零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)單相異步電動(dòng)機(jī)，若轉(zhuǎn)子電阻較小，則電機(jī)仍然旋轉(zhuǎn)。避免“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象方法(fāngfǎ)：增大轉(zhuǎn)子電阻值。第三十八頁(yè)，共85頁(yè)。兩相伺服電動(dòng)(diàndònɡ)的特點(diǎn)轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)電阻大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小第三十九頁(yè)，共85頁(yè)。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(jiégòu)型式(1)高電阻率導(dǎo)條的籠型轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)同普通籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)一樣，但為了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，需做成細(xì)而長(zhǎng),如我國(guó)生產(chǎn)的SL系列轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)籠的導(dǎo)條和端環(huán)可以來(lái)用高電阻率的導(dǎo)電材料(如黃銅、青銅等)制造，也可采用鑄鋁轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)。第四十頁(yè)，共85頁(yè)。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(jiégòu)型式(2)非磁性空心杯轉(zhuǎn)子它的外定子鐵心是由磚鋼片沖制后疊成．并在鐵心內(nèi)圓上開有均布的齒槽。在定子鐵心槽中放置空間相距90°電角度的兩相分布繞組。內(nèi)定子鐵心也是由硅鋼片疊成，一般不放繞組，僅作為磁路的一部分，以喊小主磁通磁路的磁阻。在內(nèi)定子鐵心的中心處開有內(nèi)孔，轉(zhuǎn)軸從內(nèi)孔中穿過(guò)?？招谋D(zhuǎn)子一殷是由鋁合金制成，它位于內(nèi)、外定子鐵心之間的氣隙中，并靠其底盤和轉(zhuǎn)軸固定。主要用于要求低噪聲及低速平穩(wěn)運(yùn)行的某些系統(tǒng)中。目前我國(guó)生產(chǎn)(shēngchǎn)的這種伺服電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為SK。第四十一頁(yè)，共85頁(yè)。轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)結(jié)構(gòu)型式(2)第四十二頁(yè)，共85頁(yè)。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(jiégòu)型式(3)鐵磁性空心轉(zhuǎn)子采用鐵磁材料(純鐵)制成。轉(zhuǎn)子本身既是主磁通的磁路，又作為轉(zhuǎn)子繞組，因此不需要內(nèi)定子鐵心，電機(jī)的結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單。其轉(zhuǎn)于的結(jié)構(gòu)型式有兩種。為使轉(zhuǎn)子中的磁通密度(mìdù)不至過(guò)高，鐵磁性空心轉(zhuǎn)于的壁厚也要相應(yīng)增加，約為0.5-3mm，因而其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較非磁性空心杯轉(zhuǎn)子要大得多，快速響應(yīng)性能也較差。特別是這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)，當(dāng)定、轉(zhuǎn)子氣隙稍有不均勻時(shí)，轉(zhuǎn)子就容易因單邊磁拉力而被“吸住”，所以目前應(yīng)用得較少。第四十三頁(yè)，共85頁(yè)。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(jiégòu)型式(3)第四十四頁(yè)，共85頁(yè)。兩相伺服電機(jī)的控制(kòngzhì)原理對(duì)于兩相伺服電動(dòng)機(jī)，若在兩相對(duì)稱繞組中外施兩相對(duì)稱電壓，便可得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。反之(fǎnzhī)，兩相電壓因幅值不同，或相位差不是90。電角度，所得的便是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。兩相伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，因控制繞組所加的控制電壓是變化的，一般說(shuō)來(lái)得到的是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并由此產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。若改變控制電壓的大小或改變它與勵(lì)磁電壓之間的相位角，都能使電機(jī)氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的橢圓度發(fā)生變化，從而影響到電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)控制電壓的大小或相位來(lái)達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。第四十五頁(yè)，共85頁(yè)。兩相伺服電機(jī)的控制(kòngzhì)方式(1)幅值控制控制電壓(diànyā)和勵(lì)磁電壓(diànyā)保持相位差90°，只改變控制電壓(diànyā)幅值。接線圖如下所示:第四十六頁(yè)，共85頁(yè)。兩相伺服電機(jī)的控制(kòngzhì)方式(2)相位控制控制電壓和勵(lì)磁電壓幅值均為額定值，通過(guò)改變(gǎibiàn)控制電壓和勵(lì)磁電壓相位差，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的控制。接線圖如下所示:第四十七頁(yè)，共85頁(yè)。兩相伺服電機(jī)的控制(kòngzhì)方式(3)幅值-相位控制(或稱電容(diànróng)控制)通過(guò)改變控制電壓的幅值及控制電壓與勵(lì)磁電壓的相位差控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。接線圖如下所示:第四十八頁(yè)，共85頁(yè)。對(duì)稱(duìchèn)分量法第四十九頁(yè)，共85頁(yè)?；?jīběn)思想和物理意義基本思路:將電機(jī)兩繞組的不對(duì)稱磁勢(shì)分解為兩組對(duì)稱的磁勢(shì)分量,其中(qízhōng)一組對(duì)稱磁勢(shì)的相序與外施電壓的相序一致,稱為正序分量;另一組對(duì)稱磁勢(shì)的相序與外施電壓的相序相反,稱為負(fù)序分量.物理意義:將由控制繞組磁勢(shì)和勵(lì)磁繞組磁勢(shì)組成的不對(duì)稱兩相系統(tǒng)形成的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)等效為一組正序磁勢(shì)及另一組負(fù)序磁勢(shì)所分別形成的正轉(zhuǎn)圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)和反轉(zhuǎn)圓形磁勢(shì)的疊加.第五十頁(yè)，共85頁(yè)。方法(fāngfǎ)原理分解方法(fāngfǎ)如下圖分解原則(假設(shè)控制繞組磁勢(shì)在時(shí)間相位上滯后(zhìhòu)于勵(lì)磁繞組磁勢(shì)):第五十一頁(yè)，共85頁(yè)。繞組(ràozǔ)磁勢(shì)將勵(lì)磁繞組各量折合到控制繞組,從而(cóngér)它們應(yīng)有了同一有效匝數(shù):控制繞組每極基波磁勢(shì):勵(lì)磁繞組每極基波磁勢(shì):第五十二頁(yè)，共85頁(yè)。繞組(ràozǔ)的電流關(guān)系通過(guò)對(duì)基波磁勢(shì)的分析很容易得到(dédào)相應(yīng)的電流之間的關(guān)系:第五十三頁(yè)，共85頁(yè)。等效電路原理(yuánlǐ)因?yàn)橄嘈螂娏?diànliú)分量只在其對(duì)應(yīng)的阻抗中產(chǎn)生電壓降即，正序電流(diànliú)只在正序阻抗中產(chǎn)生電壓降；而負(fù)序電流(diànliú)只在負(fù)序阻抗中產(chǎn)生電壓降，因此根據(jù)電壓平衡關(guān)系可得到:第五十四頁(yè)，共85頁(yè)。等效電路根據(jù)(gēnjù)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)原理可知,即可得到兩相伺服電動(dòng)機(jī)的正序阻抗與負(fù)序阻抗等效電路:第五十五頁(yè)，共85頁(yè)。控制(kòngzhì)與勵(lì)磁繞組電流第五十六頁(yè)，共85頁(yè)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩由前面的分析可知,電機(jī)中既有正序磁勢(shì)產(chǎn)生的正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),又有負(fù)序磁勢(shì)產(chǎn)生的負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),因而電機(jī)的電磁(diàncí)轉(zhuǎn)矩應(yīng)為電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下的正向電磁(diàncí)轉(zhuǎn)矩和工作在電磁(diàncí)制動(dòng)狀態(tài)下的負(fù)向電磁(diàncí)轉(zhuǎn)矩的差,即:第五十七頁(yè)，共85頁(yè)。幅值控制時(shí)的電機(jī)(diànjī)運(yùn)行性能第五十八頁(yè)，共85頁(yè)。幅值控制(kòngzhì)下理想電機(jī)的運(yùn)行性能理想條件：略去電機(jī)漏阻抗中的某些次要(cìyào)部分，即令。因?yàn)檫@些阻抗相對(duì)電機(jī)的勵(lì)磁電抗和轉(zhuǎn)子電阻可以忽略不計(jì)略去電機(jī)的勵(lì)磁電流，即勵(lì)磁電抗，勵(lì)磁支路開路第五十九頁(yè)，共85頁(yè)。理想(lǐxiǎng)電機(jī)的正負(fù)序阻抗等效電路等效電路如下(rúxià)所示：第六十頁(yè)，共85頁(yè)。理想電機(jī)的機(jī)械(jīxiè)特性（1）理想電機(jī)的電磁(diàncí)轉(zhuǎn)矩為：理想電機(jī)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為：因而理想電機(jī)的電磁(diàncí)轉(zhuǎn)矩的標(biāo)么值為：第六十一頁(yè)，共85頁(yè)。理想(lǐxiǎng)電機(jī)的機(jī)械特性（2）右圖是機(jī)械特性曲線圖，由圖可見：當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)為常數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)不為1時(shí)，因電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為橢圓形磁場(chǎng)而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而(yīnér)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要低于同步轉(zhuǎn)速兩相電壓的不對(duì)稱程度越大，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也越大，因而(yīnér)電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速也就越低第六十二頁(yè)，共85頁(yè)。理想(lǐxiǎng)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性（1）將電磁轉(zhuǎn)矩的標(biāo)么值公式(gōngshì)進(jìn)行改寫可得：因此可以(kěyǐ)得到其調(diào)節(jié)特性曲線，如右圖所示：第六十三頁(yè)，共85頁(yè)。理想電機(jī)的調(diào)節(jié)(tiáojié)特性（2）由圖可知：理想電機(jī)的調(diào)節(jié)特性為非線性，只在起始(qǐshǐ)部分近似線性；因此為使電機(jī)能運(yùn)行在調(diào)節(jié)特性的線性范圍內(nèi)，應(yīng)使它在較小的有效信號(hào)系數(shù)值和較小的轉(zhuǎn)速標(biāo)么值下運(yùn)行，后者可以通過(guò)中頻電源供電實(shí)現(xiàn)；調(diào)節(jié)特性曲線與橫軸的交點(diǎn)是表示在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)的伺服電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)的最小控制電壓值，它與電磁轉(zhuǎn)矩的標(biāo)么值相同。從坐標(biāo)原點(diǎn)到該點(diǎn)的范圍稱為“失靈區(qū)”第六十四頁(yè)，共85頁(yè)。幅值控制下的實(shí)際(shíjì)電機(jī)機(jī)械特性(1)以圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為基值,可以得到幅值控制時(shí)的電磁(diàncí)轉(zhuǎn)矩的標(biāo)么值:當(dāng)控制電壓不變時(shí),其值表示了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系,為轉(zhuǎn)速的函數(shù),即機(jī)械特性第六十五頁(yè)，共85頁(yè)。幅值控制下的實(shí)際電機(jī)機(jī)械(jīxiè)特性(2)右圖是一臺(tái)兩相伺服電動(dòng)機(jī)的一組機(jī)械特性可以看出(kànchū)其是一組曲線,但與”理想電機(jī)”的機(jī)械特性較為接近標(biāo)么值與”理想電機(jī)”相同,都等于有效信號(hào)系數(shù)當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)等于1時(shí),理想空載轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速;當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)不等于1時(shí),理想空載轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)相同時(shí),兩相伺服電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速高于”理想電機(jī)”對(duì)于實(shí)際轉(zhuǎn)矩而言,其值要小于”理想電機(jī)”,這是因?yàn)殡m然其標(biāo)么值較大,但其選取的轉(zhuǎn)矩基值要小得多第六十六頁(yè)，共85頁(yè)。幅值控制時(shí)的實(shí)際(shíjì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能分析（1）假設(shè)條件：電動(dòng)機(jī)工作在有效信號(hào)系數(shù)為1，即圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中電動(dòng)機(jī)具有線性機(jī)械(jīxiè)特性略去電動(dòng)機(jī)的電氣過(guò)渡過(guò)程這樣便可得出與直流伺服電動(dòng)相似的傳遞函數(shù)關(guān)系第六十七頁(yè)，共85頁(yè)。幅值控制時(shí)的實(shí)際(shíjì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能分析（2）下圖是有效信號(hào)系數(shù)為1時(shí)的線性機(jī)械(jīxiè)特性曲線從圖中可以得出：因此(yīncǐ)可以得到與直流伺服電動(dòng)相似的傳遞函數(shù)第六十八頁(yè)，共85頁(yè)。非線性機(jī)械(jīxiè)特性對(duì)實(shí)際電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響（1）由于實(shí)際(shíjì)的機(jī)械特性為非線性，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化關(guān)系為非指數(shù)函數(shù)關(guān)系。通常的方法以拋物線進(jìn)行近似，如右圖，其曲線方程為：然后根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程即可得到電機(jī)轉(zhuǎn)速與時(shí)間的關(guān)系式：第六十九頁(yè)，共85頁(yè)。非線性機(jī)械特性對(duì)實(shí)際電機(jī)動(dòng)態(tài)(dòngtài)性能的影響（2）轉(zhuǎn)速(zhuànsù)時(shí)間關(guān)系曲線為：第七十頁(yè)，共85頁(yè)。機(jī)械特性非線性對(duì)實(shí)際電機(jī)(diànjī)動(dòng)態(tài)性能的影響從轉(zhuǎn)速時(shí)間關(guān)系曲線可以看出，用拋物線來(lái)近似指數(shù)函數(shù)關(guān)系已經(jīng)比較準(zhǔn)確非線性時(shí)間常數(shù)可以求出：其中隨著的增大而減小并總是小于1，實(shí)際(shíjì)值一般在1左右，因而可以直接用理想線性機(jī)械特性時(shí)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)來(lái)代替。同時(shí)實(shí)際(shíjì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能還要優(yōu)我國(guó)的SL系列籠形轉(zhuǎn)子兩相伺服電動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)為10-55ms，其中大部分僅為10-20ms第七十一頁(yè)，共85頁(yè)。線性機(jī)械(jīxiè)特性斜率值對(duì)實(shí)際電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響（1）斜率改變對(duì)機(jī)械時(shí)間常數(shù)的影響：當(dāng)有效信號(hào)(xìnhào)系數(shù)很小時(shí)，若機(jī)械特性為“理想電機(jī)”時(shí)的直線，則堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為：理想空載轉(zhuǎn)速為：因而電機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)為：第七十二頁(yè)，共85頁(yè)。線性機(jī)械特性斜率值對(duì)實(shí)際(shíjì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響（2）斜率改變對(duì)增益系數(shù)的影響：當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)為1時(shí)，電機(jī)的增益系數(shù)為：當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)很小時(shí)，電機(jī)以理想空載(kōnɡzǎi)轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的控制電壓為：因而電機(jī)的增益系數(shù)為：基于上述(shàngshù)兩點(diǎn)分析可知，幅值控制時(shí)兩相伺服電動(dòng)機(jī)在控制電壓較小和具有“理想電機(jī)”機(jī)械特性時(shí)的傳遞函數(shù)為：第七十三頁(yè)，共85頁(yè)。其它控制方式下的電機(jī)(diànjī)運(yùn)行性能第七十四頁(yè)，共85頁(yè)。相位(xiàngwèi)控制下的機(jī)械特性這種控制方式(fāngshì)在實(shí)際中很小使用,其轉(zhuǎn)矩關(guān)系與幅值控制時(shí)較為相似,其主要差別在于控制電壓與電源電壓存在一個(gè)在0-90°變化的相位角,其特性曲線如右圖所示.第七十五頁(yè)，共85頁(yè)。幅值-相位控制(kòngzhì)下的機(jī)械特性右圖表示兩相伺服電動(dòng)機(jī)的幅值-相位(xiàngwèi)控制下的機(jī)械特性曲線.由圖可見幅值-相位(xiàngwèi)控制時(shí)電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速第七十六頁(yè)，共85頁(yè)。三種控制方式(fāngshì)的比較由三種控制方式的機(jī)械特性曲線可見:若堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的標(biāo)么值相同,一般對(duì)應(yīng)(duìyìng)于同一轉(zhuǎn)速,幅值-相位控制時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩標(biāo)么值較大,相位控制時(shí)最小.從機(jī)械特性的線性度來(lái)看,相位控制時(shí)為最好,而幅值-相位控制時(shí)最差第七十七頁(yè)，共85頁(yè)。兩相伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)(tiáojié)特性含義:指電磁轉(zhuǎn)矩不變,轉(zhuǎn)速隨控制電壓大小而變化的關(guān)系.由于從電機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式直接推導(dǎo)調(diào)節(jié)特性相當(dāng)繁雜,所以各種控制方式(fāngshì)下的電機(jī)調(diào)節(jié)特性都是通過(guò)相應(yīng)的機(jī)械特性曲線,用作圖法直接求得,即選定某一轉(zhuǎn)矩值后,再由機(jī)械特性曲線上找出轉(zhuǎn)速和相對(duì)應(yīng)的信號(hào)系數(shù),并繪制成曲線所得.下圖是三種控制方式(fāngshì)下的調(diào)節(jié)特性曲線,從圖中可以看出,相位控制時(shí)調(diào)節(jié)特性的線性度最好,而幅值-相位控制時(shí)最差.第七十八頁(yè)，共85頁(yè)。兩相伺服電動(dòng)機(jī)的輸出特性(1)含義:指在一定的控制電壓下，電機(jī)的輸出機(jī)械功率(gōnglǜ)與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系.輸出機(jī)械功率(gōng