9.1 伺服电动机
伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输 入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角 速度，驱动控制对象。 伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控 制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。 伺服电动机可分为两类： 交流伺服电动机 直流伺服电动机
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 9.1.1 交流伺服电动机
交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。 它的定子上装有空间互差90的两个绕组：励磁绕组 和控制绕组，其结构如图所示。
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控制绕组
交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机 有相似之处。 励磁绕组固定接在电源上，当控制电压为零时， 电机无起动转矩，转子不转。 若有控制电压加在控制绕组上，且励磁电流 360 和控制绕组电流 Z m 不同相时，因此便产生两相旋转 磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。
应用： 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常 应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控 制等。 直流伺服电机输出功率一般为1-600W。
9.2 测速发电机
测速发电机是一种转速测量传感器。在许 多自动控制系统中，它被用来测量旋转装置的 转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信 号电压。
测速发电机分为交流和直流两种类型。
励磁 绕组
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•
•
– 输出 绕组
•
转子 +
励磁绕组
–
工作时，测速发电机的励磁绕组接交流电 源U1，由 U1 4.44 f1N11 可知：
9.2.1 交流测速发电机
交流测速发电机又分为同步式和异步式两 种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作 原理。
9.2.1 交流测速发电机
异步式交流测速发电机的结构与杯形转子 交流伺服电机相似，它的定子上有两个绕组， 一个是励磁绕组，一个是输出绕组。
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输出绕组
定子
+
1 •
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加在控制绕组上的控制电压大小变化时，其 产生的旋转磁场的椭圆度不同，从而产生的电磁 转矩也不同，从而改变电动机的转速。 交流伺服电动机的机械特性如图所示。 n
不同控制电压下的机械特性曲线 T n=f(T), U1=常数
o
在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的 下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时， 电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。 应用: 交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W， 电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广 泛，如用在各种自动控制、自动记录等系统中。
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r
交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状 态下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求在 电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停 转。
但如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相 异步电动机相似，电动机一经转动，即使控制等于 零，电动机仍继续转动，电动机失去控制，这种现 象称为“自转”。
直流伺服电机的机 械特性与他励直流电机 相同一样，也可用下式 表示
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n
机械特性曲线如图所示。
O
T
直流伺服电动机的 n=f(T)曲线(U1=常数)
由机械特性可知： (1) 一定负载转矩下，当磁通不变时，U2 n。 (2) U2=0时，电机立即停转。 电动机反转：改变电枢电压的极性，电动机反转。
控制绕组 内定子
励磁绕组
杯形转子
交流伺服电动机结构图
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+ 控制信号

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+
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– +
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1
+
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–
检 测 元 件
放
360 Z rm
–
– 励磁绕组 –
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1
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+
大 控制绕组 (a）接线图
器
如何克服“自转”现象呢？
正反向旋转磁场的合成转矩特性 T 1 (正向)
正
s1 0 s2 2
转
s 1 1 s 2
反 转
s1 2
s2 0
s
T 2 (反向)
当单相励磁时，在电动机运行范围0<S1<1时，转矩 为正值，产生电动转矩，使转子继续转动。反转时 也同样为电动转矩。
现增大转子电阻，使Sm>1
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(b) 相量图
交流伺服电动机的接线图和相量图
励磁绕组串联电容C , 是为了产生两相旋转磁场。 适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流 相位差接近90,从而产生所需的旋转磁场。
控制信号

+
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–
检 测 元 件
放 大 器
360 Z rm
+
–
No 控制电压 Image 与电源电压 频 率相同，相位相 同或反相。
T1
s1 0 s2 2
s 1 1 s 2
s1 2
s2 0
T2
s
当单相励磁时，在电动机运行范围0<S1<1时，转矩 为负值，产生制动转矩，使转子停转。反转时也同 样为制动转矩。
加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励 磁电压不变)，由于旋转磁场的旋转方向发生变 化，使电动机转子反转。
第9章 控制电机
9.1 伺服电动机 9.2 测速发电机
9.3 步进电动机
9.4 自动控制的基本概念
第9章 控制电机
教学要求： 1.了解交流伺服电动机的结构和工作原理。 2.了解直流伺服电动机的结构和工作原理。 3.了解交流测速发电机的结构和工作原理。 4.了解步进电动机的结构和工作原理。
前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是 作为动力使用的，其主要任务是能量的转换。 本章介绍的各种控制电机的主要任务是转换和 传递控制信号，能量的转换是次要的。 控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种: 伺服电机、测速电机、步进电机。 各种控制电机有各自的控制任务： 如: 伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱 动控制对象；测速发电机将转速转换为电压，并传 递到 输入端作为反馈信号。步进电动机将脉冲信号 转换为角位移或线位移。 对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、 重 量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。
9.1.2 直流伺服电动机
直流伺服电动机的结构与直流电动机基本相 同。只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。 直流伺服电动机的工作原理也与直流电动机 相同。 供电方式：他励供电。励磁绕组和电枢分别由两 个独立的电源供电。 I I
2 1
放
+
U1为励磁电压， U U2为电枢电压
+
大
器
U2 M
–
U1
–
直流伺服电动机的接线图