MOOG伺服電動機基本知識講解

MOOG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，MOOG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流之分。
一、交流伺服電動機
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)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(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)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 交流伺服電動機原理圖

圖2 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(dāng)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)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)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)矩大
由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)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(dāng)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。

圖3 伺服電動機的轉(zhuǎn)矩特性
2、運行范圍較寬
如圖3所示，較差率S在0到1的范圍內(nèi)伺服電動機都能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
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(dāng)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 MOOG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(dāng)電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當(dāng)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you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(dāng)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(dāng)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。

交流的MOOG伺服電動機的原理

交流伺服電機的定子裝有三相對稱的繞組，而轉(zhuǎn)子是you久磁極。當(dāng)定子的繞組中通過三相電源后，定子與轉(zhuǎn)子之間必然產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)場。這個旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速。電機的轉(zhuǎn)速也就是磁場的轉(zhuǎn)速。由于轉(zhuǎn)子有磁極，所以在極低頻率下也能旋轉(zhuǎn)運行。所以它比異步電機的調(diào)速范圍更寬。而與直流伺服電機相比，它沒有機械換向器，特別是它沒有了碳刷，*排除了換向時產(chǎn)生火花對機械造成的磨損，另外交流伺服電機自帶一個編碼器。可以隨時將電機運行的情況“報告