《电机驱动与调速》教学课件—伺服电机检测与维护.ppt

LOGO本项目的教学内容复习巩固复习巩固任务分析任务分析项目导入项目导入小结小结任务设置任务设置作业作业一、复习巩固文本文本 伺服电机基本知识点伺服电机基本知识点1-1 1-1 什么叫伺服电机什么叫伺服电机什么叫伺服电机什么叫伺服电机 伺服电动机也称为执行电动机，在控制系统中用作伺服电动机也称为执行电动机，在控制系统中用作伺服电动机也称为执行电动机，在控制系统中用作伺服电动机也称为执行电动机，在控制系统中用作执行元件，将电信号转换为轴上的转角或转速，以带动执行元件，将电信号转换为轴上的转角或转速，以带动执行元件，将电信号转换为轴上的转角或转速，以带动执行元件，将电信号转换为轴上的转角或转速，以带动控制对象控制对象控制对象控制对象伺服电动机分为：伺服电动机分为：伺服电动机分为：伺服电动机分为：1 1、交流伺服电动机交流伺服电动机2 2、直流伺服电动机直流伺服电动机1-2伺服电机最大特点伺服电机最大特点 在有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没有控制在有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没有控制信号输入，它就停止转动改变控制电压的大小和相位信号输入，它就停止转动改变控制电压的大小和相位( (或或极性极性) )就可改变伺服电动机的转速和转向。

就可改变伺服电动机的转速和转向1-31-3伺服电机与普通电机相比具有如下特点伺服电机与普通电机相比具有如下特点伺服电机与普通电机相比具有如下特点伺服电机与普通电机相比具有如下特点(1)(1)调速范围宽广伺服电动机的转速随着控制电压改调速范围宽广伺服电动机的转速随着控制电压改变，能在宽广的范围内连续调节变，能在宽广的范围内连续调节2)(2)转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转3)(3)控制功率小，过载能力强，可靠性好控制功率小，过载能力强，可靠性好1-4伺服电机在自控制系统中的典型应用伺服电机在自控制系统中的典型应用u1-51-5伺服电动机典型生产厂家伺服电动机典型生产厂家美国科尔摩根，产品外形有：美国科尔摩根，产品外形有：美国科尔摩根，产品外形有：美国科尔摩根，产品外形有：伺服电机伺服电机伺服电机驱动器伺服电机驱动器uu日本松下及安川，产品外形有日本松下及安川，产品外形有日本松下及安川，产品外形有日本松下及安川，产品外形有：松下交流伺服电机及驱动器松下交流伺服电机及驱动器安川伺服电机驱动器安川伺服电机驱动器二、二、二、二、 伺服电机结构及原理伺服电机结构及原理伺服电机结构及原理伺服电机结构及原理交流伺服电机系统交流伺服电机系统2-1 结构结构交流电机交流电机机械负载轴机械负载轴减速齿轮减速齿轮 2、 转子转子 (1) 笼型笼型笼型笼型转子转子 铁芯槽内放铜条铁芯槽内放铜条,端端 部用短路环形成一体部用短路环形成一体, 或铸铝形成转子绕组。

或铸铝形成转子绕组转转子子定子定子壳体壳体 (2) 杯杯型型型型转子转子 薄壁园筒形，放于内外定子之间薄壁园筒形，放于内外定子之间一般壁厚为一般壁厚为0.3mm杯型转子杯型转子转转子子定子定子壳体壳体三、三、三、三、 旋转磁场作用下的运行分析旋转磁场作用下的运行分析旋转磁场作用下的运行分析旋转磁场作用下的运行分析3 3.1.1.1.1伺服电机伺服电机伺服电机伺服电机旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生 为了分析方便，先假定励磁为了分析方便，先假定励磁为了分析方便，先假定励磁为了分析方便，先假定励磁绕组有效匝数绕组有效匝数绕组有效匝数绕组有效匝数UfUf与控制绕组与控制绕组与控制绕组与控制绕组有效匝数有效匝数有效匝数有效匝数UCUC相等这种在空相等这种在空相等这种在空相等这种在空间上互差间上互差间上互差间上互差90900 0电角度，有效匝电角度，有效匝电角度，有效匝电角度，有效匝数又相等的两个绕组称为对数又相等的两个绕组称为对数又相等的两个绕组称为对数又相等的两个绕组称为对称两相绕组称两相绕组称两相绕组称两相绕组电气原理图电气原理图控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组 同时，又假定通入励磁同时，又假定通入励磁同时，又假定通入励磁同时，又假定通入励磁绕组的电流绕组的电流绕组的电流绕组的电流UfUf与通入与通入与通入与通入控制绕组的电流控制绕组的电流控制绕组的电流控制绕组的电流UCUC相相相相位上彼此相差位上彼此相差位上彼此相差位上彼此相差900900幅值幅值幅值幅值彼此相等，这样的两个彼此相等，这样的两个彼此相等，这样的两个彼此相等，这样的两个电流称为两相对称电流，电流称为两相对称电流，电流称为两相对称电流，电流称为两相对称电流，用数学式表示为用数学式表示为用数学式表示为用数学式表示为控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组当两相对称电流通入两相对称绕组时当两相对称电流通入两相对称绕组时，在电机内就产生一个旋在电机内就产生一个旋转磁场转磁场。

当电流变化一个周期时当电流变化一个周期时，旋转磁场在空间转了一圈旋转磁场在空间转了一圈UF1UF2UC1UC23 3-2-2伺服电机旋转磁场的方向伺服电机旋转磁场的方向伺服电机旋转磁场的方向伺服电机旋转磁场的方向励磁绕组励磁绕组控制绕组控制绕组3.3 3.3 伺服电机旋转磁场的速伺服电机旋转磁场的速伺服电机旋转磁场的速伺服电机旋转磁场的速度度度度 旋转磁场的转速决定于定子绕组旋转磁场的转速决定于定子绕组极对数和电源的频率极对数和电源的频率图所表示的是一台两极的电机，即极对数示的是一台两极的电机，即极对数P1对两极电机而言，电对两极电机而言，电流每变化一个周期，磁场旋转一圈，因而当流每变化一个周期，磁场旋转一圈，因而当电源频率电源频率f400 Hs，即每秒变化，即每秒变化400个周期时，磁场每秒应当个周期时，磁场每秒应当转转400圈，故对两极电机，即圈，故对两极电机，即P1而言，旋转磁场转速为而言，旋转磁场转速为 n0= 24000 rmin旋转磁场转速为的一般表达式为旋转磁场转速为的一般表达式为四、伺服电机的机械特性及控制方式四、伺服电机的机械特性及控制方式四、伺服电机的机械特性及控制方式四、伺服电机的机械特性及控制方式4-14-1伺服电机的机械特性伺服电机的机械特性伺服电机的机械特性伺服电机的机械特性4-2 4-2 零信号时的机械特性和无零信号时的机械特性和无零信号时的机械特性和无零信号时的机械特性和无“ “自转自转自转自转” ”现象现象现象现象 对于伺服电动机，还有一条很重要的机械特性，这就是零对于伺服电动机，还有一条很重要的机械特性，这就是零信号时的机械特性，所谓零信号，就是控制电压信号时的机械特性，所谓零信号，就是控制电压UC0，这时，这时磁场是脉振磁场，它可以分解为幅值相等、转向相反的两个圆磁场是脉振磁场，它可以分解为幅值相等、转向相反的两个圆形旋转磁场，其作用可以想象为有两对相同大小的磁铁形旋转磁场，其作用可以想象为有两对相同大小的磁铁NS和和NS在空间以相反方向旋转。

在空间以相反方向旋转当电阻已增大到使临界转差率当电阻已增大到使临界转差率1 1的程度时，合成转矩曲线与横的程度时，合成转矩曲线与横轴相交仅有一点轴相交仅有一点(S(S1 1处处) )，而且在电机运行范围内，合成转矩均，而且在电机运行范围内，合成转矩均为负值，即为制动转矩因而当控制电压为负值，即为制动转矩因而当控制电压U UC C取消变为单相运行时，取消变为单相运行时，电机就立刻产生制动转矩，与负载阻转矩一起促使电机就立刻产生制动转矩，与负载阻转矩一起促使电机迅速停转电机迅速停转，这样就不会产生自转现象这样就不会产生自转现象4.34.3伺服电机控制方式及特性伺服电机控制方式及特性伺服电机控制方式及特性伺服电机控制方式及特性 设电机的负载阻转矩为设电机的负载阻转矩为TL，控制电压控制电压0.25UC时时,电机在特性点电机在特性点A运行，转速为运行，转速为na，这时电机产生，这时电机产生的转矩与负载阻转矩相平衡当的转矩与负载阻转矩相平衡当控制电压升高到控制电压升高到0.5UC时，电机产时，电机产生的转矩就随之增加生的转矩就随之增加C，由于电机由于电机的转子及其负载存在着惯性，转的转子及其负载存在着惯性，转速不能瞬时改变，因此电机就要速不能瞬时改变，因此电机就要瞬时地在特性点瞬时地在特性点C运行，这时电机运行，这时电机产生的转矩大于负载阻转矩，电产生的转矩大于负载阻转矩，电机就加速，一直增加到机就加速，一直增加到nb，电机，电机就在就在B点运行。

点运行结论：结论：改变控制电压的大改变控制电压的大小，就实现了转速的控制小，就实现了转速的控制伺服电动机的机械特性伺服电动机的机械特性五、交流伺服电机的应用五、交流伺服电机的应用u5-1 5-1 伺服电机编码器伺服电机编码器 安装在电机后端，其转盘（光栅）安装在电机后端，其转盘（光栅）与电机同轴与电机同轴5V5V0V0V编码器编码器伺服电机控制精度取决于编码器精度伺服电机控制精度取决于编码器精度u5-25-2伺服电机驱动器伺服电机驱动器1 1、主要功能、主要功能（1 1）根据给定信号输出与）根据给定信号输出与此成正比的控制电压此成正比的控制电压UCUC；（2 2）接收编码器的速度和）接收编码器的速度和位置信号；位置信号；（3 3）I/OI/O信号接口信号接口2、外部组成、外部组成电机电源输入电机电源输入输出接线端子输出接线端子数码显示窗口数码显示窗口参数设置键参数设置键计算机计算机RS232口口I/O信号接口信号接口编码器信号接口编码器信号接口3 3、控制模式、控制模式（1 1）位置控制模式）位置控制模式最大输入脉冲最大输入脉冲频率频率500KPPS500KPPS（微分接收器）和（微分接收器）和200KPPS200KPPS（用于开路收集器）（用于开路收集器）（2 2）速度控制模式）速度控制模式 模拟速度指令模拟速度指令输入：输入：0 010V/10V/额定转速额定转速（3 3）力矩控制模式）力矩控制模式模拟力矩指令模拟力矩指令输入：输入：0 010V/10V/最大力矩最大力矩4、原理框图、原理框图MREA/D功功率率放放大大器器序列控制器序列控制器误差检出误差检出门激励门激励8888888操作人员接口操作人员接口参数控制参数控制EEPROM保护电路保护电路A/D位置误差计数器位置误差计数器放大器放大器速度误差速度误差放大器放大器速度检出速度检出内速度指令内速度指令转矩限位转矩限位电流控制电流控制PWM电路电路处理编码器信号处理编码器信号位置/速度速度转矩位置内外16位报警信号脉冲指令速度指令转矩指令脉冲输出LED面板B1B2PtrL1L2L3+5V+/-12V门激励电源编码器电源u5-35-3交流伺服电机系统结构连接连接AC220V图图 6-1 6-1 交流伺服电机系统接线示意图交流伺服电机系统接线示意图 I/O板板u交流伺服电机系统结构PC机机运动控制器运动控制器I/O电电路路驱驱动动器器电电 机机Pulse 0/1P9-0/2CN SIG控制电压编码器反馈信号轴号0/1数据信号使能信号使能信号DO 21/22速度信号速度信号DAC 0/1六、伺服电机的选择六、伺服电机的选择6-1 6-1 功率的选择功率的选择功率的选择功率的选择 功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易因过载而损坏。

因过载而损坏1. 对于连续运行的伺服电动机，所选功率应等于或对于连续运行的伺服电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率略大于生产机械的功率2. 对于短时工作的伺服电动机，允许在运行中有短对于短时工作的伺服电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率6-2 6-2 种类的选择种类的选择种类的选择种类的选择 一般自动控制应用场合应尽可能选用交流伺服电机调速一般自动控制应用场合应尽可能选用交流伺服电机调速和控制精度很高的场合选用直流伺服电机或其他专用的控。