具有高扭矩能力和精确位置控制的交流伺服电机

  伺服电机是任何物理自动化过程中极其重要的单元。伺服电机无处不在,从工业过程自动化、CD驱动器到机器人。如果我们想自己使用伺服电机,了解什么是伺服电机及其工作原理是很重要的。因此,我们将首先研究机电方面,然后深入探讨伺服电机的控制方面。

 

  伺服电机又称控制电机,是一种具有高转矩能力和精确位置控制的电机。虽然伺服电机的工作原理与其他电机相同,但它们的设计、结构、工作方式和应用领域都有很大的不同。伺服电机有各种尺寸,从几分之一瓦到数百瓦不等。在我们继续之前,让我们看看这些电机与其他电机有何不同。

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  ·它们在所有速度下都能提供高扭矩,包括静止时。

 

  ·它们可以保持一个静止的位置。

 

  ·由于惯性矩小,它们可以快速切换旋转方向。

 

  ·它们在低速或静止时不会过热。

 

  ·它们可以快速加速和减速。

 

  ·它们可以移动到任何给定的位置而不会漂移。

 

  这些电机通常较窄(直径较小,但长度较长)。这增加了它们的扭矩能力,并使惯性矩最小化,从而提高了它们的响应时间。

 

  伺服电机根据电气和机械方面进行分类。根据电气方面:

具有高扭矩能力和精确位置控制的交流伺服电机(图1)

  1.直流伺服电机

 

  这些电机通常是较小的永磁直流电机和较大的单独励磁直流电机。直流电机定子(静止部分)装有励磁绕组,转子(旋转部分)装有电枢绕组。励磁绕组将产生磁场。我们知道,载流导体在磁场中会受到强迫。在这种情况下,作为载流导体绕组的电枢受到旋转电枢的力。这里的控制可以通过控制通过励磁绕组的电流或通过控制通过电枢导体的电流来实现。这基本上意味着我们控制导体上的力来控制直流伺服电机。

 

  2.交流伺服电机

 

  大多数交流伺服电机基本上是两相鼠笼式感应电机,通常用于低功率应用。近年来,三相感应电动机系统已被改进用于大功率伺服应用,以取代大功率直流伺服系统。伺服电机的定子有两个绕组,电信号之间的相移为90度(连续北极和南极之间的角度为180度)。一个绕组是由恒压源供电的参考绕组。另一个绕组是控制绕组,根据控制策略,其具有与参考电压频率相同的可变电压。电机的速度和转矩由参考绕组和控制绕组之间的相位差控制。

具有高扭矩能力和精确位置控制的交流伺服电机(图2)

  根据机械方面,伺服电机分为位置旋转伺服电机-也称为半圆伺服,即其旋转限制为180度。另一种是连续旋转伺服,类似于位置伺服,但完全旋转。还有一种称为线性伺服的东西,它基本上是一种配备齿条和齿轮机构的位置旋转伺服。

 

  尽管上述服务器的结构和特性不同,但它们的控制机制几乎相同。我们称之为“伺服”。让我们看看下图,看看伺服如何始终“知道”其位置并达到其“应该”位置。

具有高扭矩能力和精确位置控制的交流伺服电机(图3)

  在该机构中,一对电位计用作误差测量装置,因为它们将参考位置和输出位置之间的差值转换为与其成比例的电压。控制输入}确定输入电位计的位置,即参考位置。电位计电压的差异在于误差电压(EV=EC-ER)通过增益K放大,并馈送至电机的电枢电路。电机在存在误差电压的情况下产生转矩,并以减小误差的方式旋转负载。一旦输出负载位置与参考位置相同,误差电压为零,电机停止。这就是伺服机构用来控制位置的方式。

 

  因此,伺服电机负责对伺服电机进行精确控制,伺服电机良好的机电设计可以满足高转矩容量的要求。机械、电气和控制设计的良好结合使伺服系统具有广泛的实际应用。

文章来源:藤仓自动化

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