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常用電機與控制--伺服電動機


伺服電動機又叫執(zhí)行電動機,或叫控制電動機。在自動控制系統(tǒng)中,伺服電動機是一個執(zhí)行元件,它的作用是把信號(控制電壓或相位)變換成機械位移,也就是把接收到的電信號變?yōu)殡姍C的一定轉(zhuǎn)速或角位移。其容量一般在0.1-100W,常用的是30W以下。伺服電動機有直流和交YBZD防爆振動電機流之分。

一、交流伺服電煤礦輸送機動機

交流伺服電動機定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動機相似,如圖1所示。其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組,一個是勵磁繞組Rf,它始終接在交流電壓Uf上;另一個是控制繞組L,聯(lián)接控慣性振動器制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。

交流伺服電動機的轉(zhuǎn)制砂機生產(chǎn)線子通常做成鼠籠式,但為了使伺服電動機具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機械特性,無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能,它與普通電動機相比,應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式:一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉(zhuǎn)子,為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,轉(zhuǎn)子做得細長;另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子,杯壁很薄,僅0.2-0.3mm,為了減小磁路的磁阻,要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子,如圖2所示??招谋无D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小,反應(yīng)迅速,而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn),因此被廣泛采用。


圖1 垃圾粉碎機交流伺服電動機原理圖


圖2是常用礦用破碎機 空心杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機結(jié)構(gòu)

交流伺服電動機在沒有控制電壓時,定子內(nèi)只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場,轉(zhuǎn)子靜止不動。當有控制電壓時,定子內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn),在負載恒定的情況下,電動機的轉(zhuǎn)速隨控雙級破碎機制電壓的大小而變化,當控制電壓的相位相反時,伺服電動機將反轉(zhuǎn)。

交流伺服電動機的工作原理與分相式單相異步電動機雖然相似,但前者的轉(zhuǎn)子電阻喂料機比后者大得多,所以伺服電動機與單機異步電動機相比,有三個顯著特點:

1、起動轉(zhuǎn)篩分機械矩大

由于轉(zhuǎn)子電阻大,其轉(zhuǎn)輸送鏈板矩特性曲線如圖3中曲線1所示,與普通異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線2相比,有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S0>1,這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性(機械特性)更接近于線性,而且具有較大的起動轉(zhuǎn)矩。因此,當定子一有控制電壓,轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動,即具有起動快、靈敏度高的特點。

2、運輸送機械行范圍較寬

如圖3所示,較差kzs礦用振動篩率S在0到1的范圍內(nèi)伺服電動機都能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。


圖3 伺服電動移動式皮帶輸送機機的轉(zhuǎn)矩特性

錘式破碎機3、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象

正常運轉(zhuǎn)的伺服電動機,只要失去控制電壓,電機立即停止運轉(zhuǎn)。當伺服電動機失去控制電壓后,它處于單相運行狀態(tài),由于轉(zhuǎn)子電阻圓振動篩大,定子中兩個相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個轉(zhuǎn)矩特性(T1-S1、T2-S2曲線)以及合成轉(zhuǎn)矩特性(T-S曲線)如圖4所示,與普通的單相異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性(圖中T′-S曲線)不同。這時的合成轉(zhuǎn)矩T是制動轉(zhuǎn)矩,從而使電動機迅速停止運轉(zhuǎn)。


圖4 伺服電動機單相運行時的轉(zhuǎn)矩特性

圖5是伺服電動機單相運行時的機械特性曲線。負載一定時,控制電壓Uc愈高,轉(zhuǎn)速也愈高,在控制電壓一定時,負載增加,轉(zhuǎn)速下降。


圖5 伺服電動機的機械特性

交流伺服電動機的輸出功率一般是0.1-100W。當電源頻率為50Hz,電壓有36V、110V、220、380V;當電源頻率為400Hz,電壓有20V、26V、36V、115V等多種。

交流伺服電動機運行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是非線性,并且由于轉(zhuǎn)子電阻大,損耗大,效率低,因此與同容量直流伺服電動機相比,體積大、重量重,所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)。

二、直流伺服電動機

直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)和一般直流電動機一樣,只是為了減小轉(zhuǎn)動慣量而做得細長一些。它的勵磁繞組和電樞分別由兩個獨立電源供電。也有永磁式的,即磁極是永久磁鐵。通常采用電樞控制,就是勵磁電壓f一定,建立的磁通量Φ也是定值,而將控制電壓Uc加在電樞上,其接線圖如圖6所示。


圖6 直流伺服電動機接線圖

直流伺服電動機的機構(gòu)特性(n=f(T))和直流他勵電動機一樣,也用下式表示:

n=Uc/KE·Φ-Ra/KE·KT·Φ·T

圖7 是直流伺服電動機在不同控制電壓下(Uc為額定控制電壓)的機械特性曲線。由圖可見:在一定負載轉(zhuǎn)矩下,當磁通不變時,如果升高電樞電壓,電機的轉(zhuǎn)速就升高;反之,降低電樞電壓,轉(zhuǎn)速就下降;當Uc=0時,電動機立即停轉(zhuǎn)。要電動機反轉(zhuǎn),可改變電樞電壓的極性。


圖7 直流伺服電動機的n=f(T)曲線

直流伺服電動機和交流伺服電動機相比,它具有機械特性較硬、輸出功率較大、不自轉(zhuǎn),起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點。 (

 

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