第二章 交流伺服電動機new

1、2 （c）滾齒機 （d）伺服壓力機交流伺服電動機驅(qū)動的部分應(yīng)用 （a）雷達、衛(wèi)星通信天線 （b）機器人偵查相機34二、教學(xué)時間安排：二、教學(xué)時間安排：3 3學(xué)時學(xué)時 三、主要內(nèi)容：三、主要內(nèi)容：n第一節(jié)第一節(jié) 兩相交流伺服電動機兩相交流伺服電動機n第二節(jié)第二節(jié) 微型同步電動機微型同步電動機本章重點：本章重點：兩相伺服電動機兩相伺服電動機工作原理工作原理和靜態(tài)特性和靜態(tài)特性本章難點：本章難點：兩相伺服電動機兩相伺服電動機的動態(tài)特性的動態(tài)特性5四、教學(xué)過程：四、教學(xué)過程：交流伺服電動機交流伺服電動機異步異步同步同步異步異步交流伺服電動機交流伺服電動機兩相兩相三相三相6n交流伺服電動機由于沒有換向器

2、和電刷，具有構(gòu)交流伺服電動機由于沒有換向器和電刷，具有構(gòu)造簡單、工作可靠、維護容易、效率較高和價格造簡單、工作可靠、維護容易、效率較高和價格便宜、以及不需整流電源設(shè)備等優(yōu)點，因此交流便宜、以及不需整流電源設(shè)備等優(yōu)點，因此交流伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。n傳統(tǒng)交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)通常是采用鼠籠轉(zhuǎn)子傳統(tǒng)交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)通常是采用鼠籠轉(zhuǎn)子兩相伺服電動機及空心杯轉(zhuǎn)子兩相伺服電動機，兩相伺服電動機及空心杯轉(zhuǎn)子兩相伺服電動機，所以常把交流伺服電動機稱為兩相異步伺服電動所以常把交流伺服電動機稱為兩相異步伺服電動機。機。7 兩相伺服電動機兩相伺服電動機就

3、是兩相異步電就是兩相異步電動機，定子兩相動機，定子兩相繞組空間相差繞組空間相差90度，轉(zhuǎn)子是鼠籠度，轉(zhuǎn)子是鼠籠式轉(zhuǎn)子。式轉(zhuǎn)子。 Uf f If c Uc IcS M圖圖31 兩相伺服電動機原理圖兩相伺服電動機原理圖89這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與普通鼠籠式這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與普通鼠籠式異步電動機類似，但是為了異步電動機類似，但是為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，做得減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，做得細而長。轉(zhuǎn)子籠條和端環(huán)既細而長。轉(zhuǎn)子籠條和端環(huán)既可采用高電阻率的導(dǎo)電材料可采用高電阻率的導(dǎo)電材料（如黃銅、青銅等）制造，（如黃銅、青銅等）制造，也可采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。其結(jié)構(gòu)也可采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。其結(jié)構(gòu)示意圖如右圖所示。示意圖如右圖所示。10非磁性

4、非磁性這種電動機的結(jié)構(gòu)型式如右圖這種電動機的結(jié)構(gòu)型式如右圖所示。定子分外定子鐵心和內(nèi)所示。定子分外定子鐵心和內(nèi)定子鐵心兩部分，由硅鋼片沖定子鐵心兩部分，由硅鋼片沖制后疊壓而成。外定子鐵芯槽制后疊壓而成。外定子鐵芯槽中放置空間相距中放置空間相距9090電角度的電角度的兩相分布繞組。內(nèi)定子鐵芯中兩相分布繞組。內(nèi)定子鐵芯中不放繞組，僅作為磁路的一部不放繞組，僅作為磁路的一部分，以減小主磁通磁路的磁阻。分，以減小主磁通磁路的磁阻?？招谋无D(zhuǎn)子用非磁性鋁或鋁空心杯形轉(zhuǎn)子用非磁性鋁或鋁合金制成，放在內(nèi)、外定子鐵合金制成，放在內(nèi)、外定子鐵心之間，并固定在轉(zhuǎn)軸上。心之間，并固定在轉(zhuǎn)軸上。11磁性磁性 這種電動

5、機結(jié)構(gòu)比較簡單，轉(zhuǎn)子采用鐵磁材料制成，這種電動機結(jié)構(gòu)比較簡單，轉(zhuǎn)子采用鐵磁材料制成，轉(zhuǎn)子本身既是主磁通的磁路，又作為轉(zhuǎn)子繞組，因此不需轉(zhuǎn)子本身既是主磁通的磁路，又作為轉(zhuǎn)子繞組，因此不需要內(nèi)定子鐵芯。其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種型式，如圖所示要內(nèi)定子鐵芯。其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種型式，如圖所示1213前提條件：有勵磁電壓。前提條件：有勵磁電壓。14 T T+ s+=s 2 1 0 0 1 2 s-=2-s T-單相異步電動機機械特性單相異步電動機機械特性15161718n 幅值控制幅值控制n 相位控制相位控制n 幅相控制幅相控制19 U = Uf 電 壓 移 相 90UcWcWfUfUc(可 變 ) U = Uf

6、電 壓 移 相 90UcWcWfUfUc(可 變 )20 勵磁電壓之間的相位差始終保持勵磁電壓之間的相位差始終保持9090電角度。電角度。若控制繞組的額定電壓若控制繞組的額定電壓 , ,那么控制信那么控制信號的大小可表示號的大小可表示c c cNcN , , 稱為有效信號稱為有效信號系數(shù)，那么以系數(shù)，那么以cncn為基值，控制電壓為基值，控制電壓 的標的標么值為：么值為： .fcNUUcUfccncncnccUUUUUUU*21 cUfUn當當 1 1時，控制電壓時，控制電壓 與與 的幅值相等，相位相差的幅值相等，相位相差9090電電角度，且兩繞組空間相差角度，且兩繞組空間相差9090電角度。

7、此時所產(chǎn)生的氣隙磁通電角度。此時所產(chǎn)生的氣隙磁通勢為圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩最大；勢為圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩最大；n當當 時，控制電壓小于勵磁電壓的幅值，所建立的氣時，控制電壓小于勵磁電壓的幅值，所建立的氣隙磁場為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩減小。隙磁場為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩減小。 越小，越小，氣隙磁場的橢圓度越大，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩越小，電機轉(zhuǎn)速氣隙磁場的橢圓度越大，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩越小，電機轉(zhuǎn)速越慢；越慢；n在在 時，控制信號消失，氣隙磁場為脈振磁場，電時，控制信號消失，氣隙磁場為脈振磁場，電機不轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。機不轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。2223sinsinCfUUcUcUfUfU24

8、U f nUcWcUf移相器25cUfU2627cUfUrfUUcphUcphcphfjIUx 102IIIfU28cUfU29n 幅相控制線路簡單，不需要復(fù)雜的移相裝置，只需幅相控制線路簡單，不需要復(fù)雜的移相裝置，只需電容進行分相，具有線路簡單、成本低廉、輸出功率較大電容進行分相，具有線路簡單、成本低廉、輸出功率較大的優(yōu)點，因而成為使用最多的控制方式。的優(yōu)點，因而成為使用最多的控制方式。n 機械特性（調(diào)節(jié)特性）線性度比較：機械特性（調(diào)節(jié)特性）線性度比較：相位控制最好，幅相控制最差。相位控制最好，幅相控制最差。30( )( )( )1)1)(mesKG sU s11mKUsJsTm為機電時間常

9、數(shù)，為機電時間常數(shù)，31機械特性機械特性32控制特性控制特性3334鋼板厚度鋼板厚度測量裝置測量裝置示意圖示意圖35倒數(shù)計算裝置倒數(shù)計算裝置36機床的數(shù)字控機床的數(shù)字控制系統(tǒng)制系統(tǒng)37383940一、機械特性和調(diào)節(jié)特性一、機械特性和調(diào)節(jié)特性 直流伺服電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性關(guān)系，直流伺服電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性關(guān)系，且在不同的控制電壓下，機械特性曲線相互平行，斜率不且在不同的控制電壓下，機械特性曲線相互平行，斜率不變。異步伺服電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性均為非線性關(guān)變。異步伺服電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性均為非線性關(guān)系，且在不同的控制電壓下，理想線性機械特性也不是相系，且在不同

10、的控制電壓下，理想線性機械特性也不是相互平行的。機械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性都將直接影響到互平行的。機械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性都將直接影響到系統(tǒng)的動態(tài)精度，一般來說特性的非線性度越大，系統(tǒng)的系統(tǒng)的動態(tài)精度，一般來說特性的非線性度越大，系統(tǒng)的動態(tài)精度越低。此外，當控制電壓不同時，電動機的理想動態(tài)精度越低。此外，當控制電壓不同時，電動機的理想線性機械特性的斜率變化也會給系統(tǒng)的穩(wěn)定和校正帶來麻線性機械特性的斜率變化也會給系統(tǒng)的穩(wěn)定和校正帶來麻煩。煩。41二、體積、重量和效率二、體積、重量和效率 為了滿足控制系統(tǒng)對電動機性能的要求，轉(zhuǎn)子電為了滿足控制系統(tǒng)對電動機性能的要求，轉(zhuǎn)子電阻就得相當大，又電動機經(jīng)

11、常運行在橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場阻就得相當大，又電動機經(jīng)常運行在橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場下，由于負序磁場的存在要產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使電磁轉(zhuǎn)下，由于負序磁場的存在要產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使電磁轉(zhuǎn)矩減小，并使電動機的損耗增大。當輸出功率相同時，矩減小，并使電動機的損耗增大。當輸出功率相同時，異步伺服電動機要比直流伺服電動機的體積大、重量異步伺服電動機要比直流伺服電動機的體積大、重量大、效率低。所以異步伺服電動機只適用于小功率系大、效率低。所以異步伺服電動機只適用于小功率系統(tǒng)，對于功率較大的控制系統(tǒng)，則普遍采用直流伺服統(tǒng)，對于功率較大的控制系統(tǒng)，則普遍采用直流伺服電動機。電動機。424344永磁式轉(zhuǎn)子由永久永磁式轉(zhuǎn)子由永久磁鋼制作，與一般勵磁鋼制作，與一般勵磁式同步電動機原理磁式同步電動機原理相同；相同；當電動機正常當電動機正常運行時，定子繞組產(chǎn)運行時，定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以同步生的旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n1 1旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子也旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子也