第7章-異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)

1、7.1 概述 7.2 異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理 7.3 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 7.4 圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的運(yùn)行分析 7.5 三相異步電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)及轉(zhuǎn)矩 7.6 移相方法和控制方式 7.7 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及其分析方法 7.8 幅值控制下的運(yùn)行分析 7.9 電容伺服電動(dòng)機(jī)的特性 7.10 主要性能指標(biāo) 思考題與習(xí)題,第7章 異步型交流伺服電動(dòng)機(jī),7.1 概 述,功率從幾瓦到幾十瓦的交流伺服電動(dòng)機(jī)在小功率隨動(dòng)系統(tǒng)中得到非常廣泛的應(yīng)用。 與直流伺服電動(dòng)機(jī)一樣， 交流伺服電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中也常被用來作為執(zhí)行元件。 如圖7 - 1所示， 伺服電動(dòng)機(jī)的軸上帶有被控制的機(jī)械負(fù)載(由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

2、速較高， 一般均通過減速齒輪再與負(fù)載相連接)，在電機(jī)繞組的兩端施加控制電信號(hào)Uk。,當(dāng)要求負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)的電信號(hào)Uk一旦加到電動(dòng)機(jī)的繞組上時(shí)， 伺服電動(dòng)機(jī)就要立刻帶動(dòng)負(fù)載以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)； 而當(dāng)Uk為0時(shí)， 電動(dòng)機(jī)應(yīng)立刻停止不動(dòng)。 Uk大， 電動(dòng)機(jī)要轉(zhuǎn)得快； Uk小， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)得慢； 當(dāng)Uk反相時(shí)， 電動(dòng)機(jī)要隨之反轉(zhuǎn)。 所以， 伺服電動(dòng)機(jī)是將控制電信號(hào)快速地轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)執(zhí)行元件。,圖 7 - 1 交流伺服電動(dòng)機(jī)的功用,在電機(jī)繞組的兩端施加控制電信號(hào)Uk。 當(dāng)要求負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)的電信號(hào)Uk一旦加到電動(dòng)機(jī)的繞組上時(shí)， 伺服電動(dòng)機(jī)就要立刻帶動(dòng)負(fù)載以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)； 而當(dāng)Uk為0時(shí)， 電動(dòng)機(jī)應(yīng)立刻停止不動(dòng)

3、。 Uk大， 電動(dòng)機(jī)要轉(zhuǎn)得快；Uk小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)得慢； 當(dāng)Uk反相時(shí)， 電動(dòng)機(jī)要隨之反轉(zhuǎn)。所以，伺服電動(dòng)機(jī)是將控制電信號(hào)快速地轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)執(zhí)行元件。,交流伺服電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的典型用途如圖5 - 3所示， 這是一個(gè)自整角伺服系統(tǒng)示意圖。 這里， 交流伺服電動(dòng)機(jī)一方面起動(dòng)力作用， 驅(qū)動(dòng)自整角變壓器轉(zhuǎn)子和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)， 但主要的是起一個(gè)執(zhí)行元件的作用。 它帶動(dòng)負(fù)載和自整角變壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)是受到控制的， 當(dāng)雷達(dá)轉(zhuǎn)軸位置(稱為主令位置)改變時(shí)， 由于負(fù)載位置， 自整角變壓器就有電壓輸出， 通過放大器伺服電動(dòng)機(jī)接受到控制電信號(hào)Uk， 就帶動(dòng)負(fù)載和自整角變壓器轉(zhuǎn)動(dòng)， 直至=。 所以， 伺服電動(dòng)機(jī)直接

4、地受電信號(hào)Uk的控制， 間接地受主令位置的控制。 伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)總是使接近， 直至=， 使負(fù)載和主令位置處于協(xié)調(diào)。,由于交流伺服電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中主要作為執(zhí)行元件， 自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)它提出的要求主要有下列幾點(diǎn)： (1) 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向應(yīng)方便地受控制信號(hào)的控制， 調(diào)速范圍要大； (2) 整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)的特性應(yīng)具有線性關(guān)系， 保證運(yùn)行的穩(wěn)定性； (3) 當(dāng)控制信號(hào)消除時(shí)， 伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)立即停轉(zhuǎn)， 也就是要求伺服電動(dòng)機(jī)無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象； (4) 控制功率要小， 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)大； (5) 機(jī)電時(shí)間常數(shù)要小， 始動(dòng)電壓要低。 當(dāng)控制信號(hào)變化時(shí)， 反應(yīng)應(yīng)快速靈敏。,7.2 交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理,7.2

5、.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要可分為兩大部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成90電角度的兩相繞組，如圖7 - 2所示。其中l(wèi)1-l2稱為勵(lì)磁繞組，k1-k2稱為控制繞組，所以交流伺服電動(dòng)機(jī)是一種兩相的交流電動(dòng)機(jī)。,轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)常用的有鼠籠形轉(zhuǎn)子和非磁性杯形轉(zhuǎn)子。 鼠籠形轉(zhuǎn)子交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖7 - 3所示， 它的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、 轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組等組成。 轉(zhuǎn)子鐵心是由硅鋼片疊成的， 每片沖成有齒有槽的形狀， 如圖7 - 4所示， 然后疊壓起來將軸壓入軸孔內(nèi)。 鐵心的每一槽中放有一根導(dǎo)條， 所有導(dǎo)條兩端用兩個(gè)短路環(huán)連接，

6、這就構(gòu)成轉(zhuǎn)子繞組。 如果去掉鐵心， 整個(gè)轉(zhuǎn)子繞組形成一鼠籠狀， 如圖7 - 5所示， “鼠籠轉(zhuǎn)子”即由此得名。 鼠籠的材料有用銅的， 也有用鋁的， 為了制造方便， 一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子， 即把鐵心疊壓后放在模子內(nèi)用鋁澆鑄， 把鼠籠導(dǎo)條與短路環(huán)鑄成一體。, 圖 7 - 2 兩相繞組分布圖,圖 7 - 3 鼠籠形轉(zhuǎn)子交流伺服電動(dòng)機(jī),圖 7 - 4 轉(zhuǎn)子沖片,圖 7 - 5 鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組,非磁性杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖7 - 6所示。 圖中外定子與鼠籠形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的定子完全一樣， 內(nèi)定子由環(huán)形鋼片疊成， 通常內(nèi)定子不放繞組， 只是代替鼠籠轉(zhuǎn)子的鐵心， 作為電機(jī)磁路的一部分。 在內(nèi)、 外定子

7、之間有細(xì)長(zhǎng)的空心轉(zhuǎn)子裝在轉(zhuǎn)軸上， 空心轉(zhuǎn)子作成杯子形狀， 所以又稱為空心杯形轉(zhuǎn)子。 空心杯由非磁性材料鋁或銅制成， 它的杯壁極薄， 一般在0.3 mm左右。 杯形轉(zhuǎn)子套在內(nèi)定子鐵心外， 并通過轉(zhuǎn)軸可以在內(nèi)、 外定子之間的氣隙中自由轉(zhuǎn)動(dòng)， 而內(nèi)、 外定子是不動(dòng)的。,杯形轉(zhuǎn)子與鼠籠轉(zhuǎn)子從外表形狀來看是不一樣的。 但實(shí)際上， 杯形轉(zhuǎn)子可以看作是鼠籠條數(shù)目非常多的、 條與條之間彼此緊靠在一起的鼠籠轉(zhuǎn)子， 杯形轉(zhuǎn)子的兩端也可看作由短路環(huán)相連接，如圖7-7所示。 這樣， 杯形轉(zhuǎn)子只是鼠籠轉(zhuǎn)子的一種特殊形式。從實(shí)質(zhì)上看， 二者沒有什么差別， 在電機(jī)中所起的作用也完全相同。 因此在以后分析時(shí)， 只以鼠籠轉(zhuǎn)子為

8、例， 分析結(jié)果對(duì)杯形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)也完全適用。,圖 7 - 6 杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī),圖 7 - 7 杯形轉(zhuǎn)子與鼠籠轉(zhuǎn)子相似,與鼠籠形轉(zhuǎn)子相比較， 非磁性杯形轉(zhuǎn)子慣量小， 軸承摩擦阻轉(zhuǎn)矩小。 由于它的轉(zhuǎn)子沒有齒和槽， 所以定、 轉(zhuǎn)子間沒有齒槽粘合現(xiàn)象， 轉(zhuǎn)矩不會(huì)隨轉(zhuǎn)子不同的位置而發(fā)生變化， 恒速旋轉(zhuǎn)時(shí)， 轉(zhuǎn)子一般不會(huì)有抖動(dòng)現(xiàn)象， 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 但是由于它內(nèi)、 外定子間氣隙較大(杯壁厚度加上杯壁兩邊的氣隙)， 所以勵(lì)磁電流就大， 降低了電機(jī)的利用率， 因而在相同的體積和重量下， 在一定的功率范圍內(nèi)， 杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)比鼠籠轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和輸出功率都小；另外， 杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和制

9、造工藝又比較復(fù)雜。 因此， 目前廣泛應(yīng)用的是鼠籠形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)， 只有在要求運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)的某些特殊場(chǎng)合下(如積分電路等)， 才采用非磁性杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)。,7.2.2 工作原理 異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)使用時(shí)，勵(lì)磁繞組兩端施加恒定的勵(lì)磁電壓Uf，控制繞組兩端施加控制電壓Uk， 如圖7 - 8所示。當(dāng)定子繞組加上電壓后， 伺服電動(dòng)機(jī)就會(huì)很快轉(zhuǎn)動(dòng)起來，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。 為了說明電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理， 首先觀察下面的實(shí)驗(yàn)。,.,.,圖 7 - 8 電氣原理圖,圖7 - 9是一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置。 一個(gè)能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的鼠籠轉(zhuǎn)子放在可用手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的兩極永久磁鐵中間， 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使永久磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)， 就

10、會(huì)發(fā)現(xiàn)磁鐵中間的鼠籠轉(zhuǎn)子也會(huì)跟著磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)起來。 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比磁鐵慢， 當(dāng)磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向改變時(shí)， 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。 現(xiàn)在來分析一下鼠籠轉(zhuǎn)子跟著磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)的原理。,圖 7 - 9 伺服電動(dòng)機(jī)工作原理,圖 7 - 10 鼠籠轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向,當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)， 在空間形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 假設(shè)圖7 - 9中的永久磁鐵是順時(shí)針方向以ns的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)， 那末它的磁力線也就以順時(shí)針方向切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條。 相對(duì)于磁場(chǎng)， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條以反時(shí)針方向切割磁力線， 在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中就產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。 根據(jù)右手定則， N極下導(dǎo)條的感應(yīng)電勢(shì)方向都是垂直地從紙面出來， 用表示， 而S極下導(dǎo)條的感應(yīng)電勢(shì)方向都是垂直地進(jìn)入紙面， 用表示， 如圖

11、7 - 10所示。,由于鼠籠轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條都是通過短路環(huán)連接起來的， 因此在感應(yīng)電勢(shì)的作用下， 在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中就會(huì)有電流流過， 電流有功分量的方向和感應(yīng)電勢(shì)方向相同。 再根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力原理， 轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)條又要與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力， 這個(gè)電磁力F作用在轉(zhuǎn)子上， 并對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩。 根據(jù)左手定則， 轉(zhuǎn)矩方向與磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是一致的， 也是順時(shí)針方向。 因此， 鼠籠轉(zhuǎn)子便在電磁轉(zhuǎn)矩作用下順著磁鐵旋轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。,但是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是比磁鐵轉(zhuǎn)速低， 這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)軸上總帶有機(jī)械負(fù)載， 即使在空載下， 電機(jī)本身也會(huì)存在阻轉(zhuǎn)矩， 如摩擦、 風(fēng)阻等。 為了克服機(jī)械負(fù)載的阻力矩， 轉(zhuǎn)子繞組中必須

12、要有一定大小的電流以產(chǎn)生足夠的電磁轉(zhuǎn)矩， 而轉(zhuǎn)子繞組中的電流是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條產(chǎn)生的， 那末要產(chǎn)生一定數(shù)量的電流， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須要低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速。 顯然， 如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于磁鐵的轉(zhuǎn)速， 則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁鐵之間就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條將不切割磁力線， 這時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中不產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)、 電流以及電磁轉(zhuǎn)矩。,那末， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速究竟比旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速低多少呢? 這主要由機(jī)械負(fù)載的大小來決定。 如果機(jī)械負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩較大， 就需要較大的轉(zhuǎn)子電流， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)必須有較大的相對(duì)切割速度， 以產(chǎn)生較大的電勢(shì)， 也就是說， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須更多地低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速， 于是轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)得越慢。,從上面的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)清

13、楚地說明， 鼠籠轉(zhuǎn)子(或者是非磁性杯形轉(zhuǎn)子)所以會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來是由于在空間中有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條， 在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流再與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用就產(chǎn)生力和轉(zhuǎn)矩， 轉(zhuǎn)矩的方向和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相同， 于是轉(zhuǎn)子就跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 這就是交流伺服電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理。 但應(yīng)該注意的是， 在實(shí)際的電機(jī)中沒有一個(gè)像圖7 - 9中那樣的旋轉(zhuǎn)磁鐵， 電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子兩相繞組通入兩相交流電流所產(chǎn)生。 下節(jié)就來分析兩相繞組是怎樣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。,7.3 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),7.3.1 圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 為了分析方便， 先假定勵(lì)磁繞組有效匝數(shù)Wf與控制

14、繞組有效匝數(shù)Wk相等。 這種在空間上互差90電角度， 有效匝數(shù)又相等的兩個(gè)繞組稱為對(duì)稱兩相繞組。 同時(shí)， 又假定通入勵(lì)磁繞組的電流 與通入控制繞組的電流 相位上彼此相差90， 幅值彼此相等， 這樣的兩個(gè)電流稱為兩相對(duì)稱電流，,用數(shù)學(xué)式表示為 ik=Ikmsin t if=Ifmsin(t-90) Ifm=Ikm=Im,波形圖表示如圖7-11。下面分析一下將這樣的電流通入兩相對(duì)稱繞組后， 不同時(shí)間電機(jī)內(nèi)部所形成的磁場(chǎng)。,圖 7 - 11 兩相對(duì)稱電流,圖7 - 12就是表示不同瞬間電機(jī)磁場(chǎng)分布的情況。 先看圖7 - 12(a)， 這個(gè)圖是對(duì)應(yīng)t1的瞬間。 由圖7 - 11可以看出， 此時(shí)控制電流

15、具有正的最大值， 勵(lì)磁電流為零。 假定正值電流是從繞組始端流入， 從末端流出， 負(fù)值電流從繞組末端流入， 從始端流出， 并用表示電流流入紙面， 表示電流流出紙面， 那末此時(shí)控制電流是從控制繞組始端k1流入， 從末端k2流出。,另外根據(jù)第 5 章分析， 控制繞組通入電流以后所產(chǎn)生的是一個(gè)脈振磁場(chǎng)， 這個(gè)磁場(chǎng)可用一個(gè)磁通密度空間向量Bk表示， Bk的長(zhǎng)度正比于控制電流的值。 由于此時(shí)控制電流具有正的最大值， 因此Bk的長(zhǎng)度也為最大值， 即Bk=Bm， 方向是沿著控制繞組軸線， 并由右螺旋定則根據(jù)電流方向確定是朝下的。 由于此時(shí)勵(lì)磁電流為0， 勵(lì)磁繞組不產(chǎn)生磁場(chǎng)， 即Bf=0， 所以控制繞組產(chǎn)生的磁

16、場(chǎng)就是電機(jī)的總磁場(chǎng)。若電機(jī)的總磁場(chǎng)用磁密向量B表示，則此刻B=Bk，電機(jī)總磁場(chǎng)的軸線與控制繞組軸線重合，總磁場(chǎng)的幅值為 B=Bk=Bm 式中， Bm為一相磁密向量的最大值。,圖 7 - 12 兩相繞組產(chǎn)生的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) (a) t=t1; (b) t=t2; (c) t=t3; (d) t=t4,圖7 - 12(b)是對(duì)應(yīng)t2的瞬間。 此時(shí)勵(lì)磁電流具有正的最大值， 而控制電流為0， 控制繞組不產(chǎn)生磁場(chǎng)， 即Bk=0， 勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)就是電機(jī)的總磁場(chǎng)， 它的磁場(chǎng)圖形如圖中虛線所示。 因?yàn)锽k= 0 ， 所以B=Bf， 此時(shí)電機(jī)磁場(chǎng)軸線與勵(lì)磁繞組軸線相重合， 與上一瞬間相比， 磁場(chǎng)的方向在空間

17、按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過90， 磁場(chǎng)的幅值也為 B=Bf=Bm,圖7 - 12(c)是對(duì)應(yīng)t3瞬間， 這時(shí)控制電流具有負(fù)的最大值， 勵(lì)磁電流為0。這個(gè)情況與t1瞬間情況的差別僅是控制電流方向相反， 因此兩者所形成的電機(jī)磁場(chǎng)的幅值和位置都相同， 只是磁場(chǎng)方向改變， 電機(jī)磁場(chǎng)的軸線比上一瞬間在空間按順時(shí)針方向又轉(zhuǎn)過90， 與控制繞組軸線相重合， 磁場(chǎng)的幅值仍為 B=Bk=Bm,用同樣方法可分析圖7 - 12(d)的情況， 此時(shí)對(duì)應(yīng)t4的瞬間， 電機(jī)磁場(chǎng)的軸線按順時(shí)針方向再轉(zhuǎn)過90， 與勵(lì)磁繞組軸線相重合， 也有如下關(guān)系： B=Bf=Bm 對(duì)應(yīng)圖7 - 11的瞬間t5， 控制電流又達(dá)到正的最大值， 勵(lì)磁電流

18、為0， 電機(jī)的磁通密度向量B又轉(zhuǎn)到圖7 - 12(a)所表示的位置。,圖 7 - 13 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)示意圖,從以上分析可見， 當(dāng)兩相對(duì)稱電流通入兩相對(duì)稱繞組時(shí)， 在電機(jī)內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通密度B在空間也可看成是按正弦規(guī)律分布的， 其幅值是恒定不變的(等于Bm)， 而磁通密度幅值在空間的位置卻以轉(zhuǎn)速ns在旋轉(zhuǎn)， 如圖7 - 13所示。,當(dāng)控制電流從正的最大值經(jīng)過一個(gè)周期又回到正的最大值， 即電流變化一個(gè)周期時(shí)， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間轉(zhuǎn)了一圈。 由于電機(jī)磁通密度幅值是恒定不變的， 在磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)過程中， 磁通密度向量B的長(zhǎng)度在任何瞬間都保持為恒值， 等于一相磁通密度向量的最大值Bm， 它

19、的方位隨時(shí)間的變化在空間進(jìn)行旋轉(zhuǎn)， 磁通密度向量B的矢端在空間描出一個(gè)以Bm為半徑的圓， 這樣的磁場(chǎng)稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,所以， 當(dāng)兩相對(duì)稱交流電流通入兩相對(duì)稱繞組時(shí)， 在電機(jī)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 電機(jī)的總磁場(chǎng)由兩個(gè)脈振磁場(chǎng)所合成。 當(dāng)電機(jī)磁場(chǎng)是圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)， 這兩個(gè)脈振磁場(chǎng)又是怎樣的關(guān)系呢? 從上面的分析可知， 表征這兩個(gè)脈振磁場(chǎng)的磁通密度向量Bf和Bk分別位于勵(lì)磁繞組及控制繞組的軸線上。 由于這兩個(gè)繞組在空間彼此相隔90電角度， 因此磁通密度向量Bf與Bk在空間彼此相隔90電角度。 同時(shí)， 由于勵(lì)磁電流與控制電流都是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的， 相位上彼此相差90。,所以磁通密度向量Bf和B

20、k的長(zhǎng)度也隨時(shí)間作正弦變化， 相位彼此相差90。 再由于兩相對(duì)稱電流其幅值相等， 所以當(dāng)匝數(shù)相等時(shí)， 兩相繞組所產(chǎn)生的磁通密度向量的幅值也必然相等。 這樣， 兩繞組磁通密度向量的長(zhǎng)度隨時(shí)間變化關(guān)系可分別表示為 Bk=Bkmsin t Bf=Bfmsin(t-90) Bkm=Bfm=Bm,(7 - 1),相應(yīng)的變化圖形如圖7 - 14所示。 任何瞬間電機(jī)合成磁場(chǎng)的磁通密度向量的長(zhǎng)度為,綜上所述， 可以這樣認(rèn)為： 在兩相系統(tǒng)里， 如果有兩個(gè)脈振磁通密度， 它們的軸線在空間相夾90電角度， 脈振的時(shí)間相位差為90， 其脈振的幅值又相等， 那末這樣兩個(gè)脈振磁場(chǎng)的合成必然是一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,圖7 14

21、 相應(yīng)的變化圖形,當(dāng)兩相繞組匝數(shù)不等， 設(shè)匝數(shù)比為,(7 - 2),可以看出， 只要兩個(gè)脈振磁場(chǎng)的磁勢(shì)幅值相等， 即Ffm=Fkm， 它們所產(chǎn)生的兩個(gè)磁通密度的脈振幅值就相等， 因而這兩個(gè)脈振磁場(chǎng)合成的磁場(chǎng)也必然是圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 由于磁勢(shì)幅值 Ffm IfWf Fkm IkWk,(式中， If、 Ik分別為勵(lì)磁繞組電流及控制繞組電流的有效值)， 所以當(dāng)Ffm =Fkm 時(shí)， 必有 IfWf=IkWk (7 - 3) 或,(7 - 4),這就是說， 當(dāng)兩相繞組有效匝數(shù)不等時(shí)， 若要產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 這時(shí)兩個(gè)繞組中的電流值也應(yīng)不等， 且應(yīng)與繞組匝數(shù)成反比。,圖 7 - 15 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向,7.3

22、.2 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向 異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)的， 也就是說， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 下面說明怎樣確定旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向。 對(duì)圖7 - 12進(jìn)行分析就可看出， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向是從流過超前電流的繞組軸線轉(zhuǎn)到流過落后電流的繞組軸線。 圖7-12中控制電流ik超前勵(lì)磁電流if，所以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是從控制繞組軸線轉(zhuǎn)到勵(lì)磁繞組軸線，即按順時(shí)針的方向轉(zhuǎn)動(dòng)的， 如圖7 - 15所示。,顯然， 當(dāng)任意一個(gè)繞組上所加的電壓反相時(shí)(電壓倒相或繞組兩個(gè)端頭換接)， 則流過該繞組的電流也反相， 即原來是超前電流的就變成落后電流， 原來是落后電流的則變成超前電流(如圖7 - 16中，原來超前電流ik

23、變成落后電流ik)， 因而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向改變，變成反時(shí)針方向， 如圖7-17所示。這樣電機(jī)的轉(zhuǎn)向也發(fā)生變化。 實(shí)際上， 在系統(tǒng)中使用時(shí)， 就是采用這種方法使伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的。,圖 7 - 16 一相電壓倒相后的繞組電流波形,圖 7 - 17 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向的改變,7.3.3 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于定子繞組極對(duì)數(shù)和電源的頻率。 圖7 - 12所表示的是一臺(tái)兩極的電機(jī)， 即極對(duì)數(shù)p=1。 對(duì)兩極電機(jī)而言， 電流每變化一個(gè)周期， 磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一圈， 因而當(dāng)電源頻率f=400 Hz， 即每秒變化400 個(gè)周期時(shí)， 磁場(chǎng)每秒應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)400圈， 故對(duì)兩極電機(jī)， 即p=1而言，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為 ns=f=

24、24 000 r/min 當(dāng)電源頻率f=50 Hz時(shí)， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為 ns=f=3000 r/min,圖 7 - 18 四極電機(jī)的繞組,下面進(jìn)一步研究四極電機(jī)的情況。 圖7 - 18是一臺(tái)四極電機(jī)定子的示意圖。 圖中在定子的圓周上均布有 4 套相同的繞組， 將繞組k1-k2和k1-k2串聯(lián)后組成控制繞組， 其上施加控制電壓Uk； 將繞組l1-l2和l1-l2串聯(lián)后組成勵(lì)磁繞組， 接到勵(lì)磁電源上去。 根據(jù)這種接法， 顯然組成控制繞組的兩個(gè)繞組k1-k2和k1-k2所流過的電流大小相等， 方向也相同。 勵(lì)磁繞組也是如此。 這樣， 根據(jù)圖7 - 12所表示的電流方向， 也可標(biāo)出四極電機(jī)在不同瞬時(shí)的

25、電流方向， 繞組l1-l2和k1-k2中的電流方向分別與繞組l1-l2和k1-k2中的電流方向相同。,圖7 - 19(a)與圖7 - 12(a)相對(duì)應(yīng)， 是t=t1瞬時(shí)的情況。 這時(shí)控制繞組的兩個(gè)繞組有相同方向的電流， 根據(jù)圖7 - 12(a)所標(biāo)的電流方向， 在圖7 - 19(a)中也可標(biāo)出控制繞組電流的方向， 再根據(jù)右螺旋定則， 可以得到如圖中所示的磁場(chǎng)分布情況。 顯然， 它是一臺(tái)四級(jí)電機(jī)的磁場(chǎng)分布圖。,圖 7 - 19 四極電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) (a) t=t1; (b) t=t2; (c) t=t3; (d) t=t4,用同樣的方法可以得到圖7 - 19(b)、 (c)、 (d)。 可見，

26、它們都表示一臺(tái)四極電機(jī)的磁場(chǎng)分布圖， 而且每個(gè)瞬時(shí)磁場(chǎng)的位置都比上一個(gè)瞬時(shí)按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過45。 當(dāng)控制電流經(jīng)過一個(gè)周期又回到正的最大值時(shí)， 電機(jī)磁場(chǎng)又回到圖7 - 19(a)所示的情況， 與圖7 - 19(d)相比較， 此時(shí)磁場(chǎng)又轉(zhuǎn)過45。,從對(duì)圖7 - 19的分析可知， 當(dāng)控制電流從正的最大值經(jīng)過一個(gè)周期又回到正的最大值， 即電流變化一個(gè)周期時(shí)， 磁場(chǎng)只轉(zhuǎn)過半圈。 因此， 如果電源頻率f=50 Hz， 即電流每秒變化50周時(shí)， 磁場(chǎng)每秒只轉(zhuǎn)過25圈， 也就是說， 對(duì)四極電機(jī)， 即極對(duì)數(shù)p=2而言， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為,當(dāng)知道兩極電機(jī)p=1， ns=f； 四極電機(jī)p=2, ns=f/2以后， 就

27、可推論出對(duì)于極對(duì)數(shù)為p的電機(jī)， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的一般表達(dá)式為,(7 - 5),旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速常稱為同步速， 以ns表示。,交流伺服電動(dòng)機(jī)使用的電源頻率通常是標(biāo)準(zhǔn)頻率f=400 Hz或50 Hz，當(dāng)頻率固定不變時(shí)， 由式(7 - 5)可以看出， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速ns反比于極對(duì)數(shù)p， 極數(shù)越多， 轉(zhuǎn)速越低， p與ns之間的數(shù)值關(guān)系如表7 - 1所示。,表 7 1 p與ns的數(shù)值關(guān)系,如果忽略諧波， 氣隙磁通密度B沿著圓周空間是正弦分布的， 對(duì)于兩極電機(jī)， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)沿著圓周有一個(gè)正弦分布的磁通密度波， 如圖7 - 13所示。 對(duì)于多極電機(jī)， 如果極對(duì)數(shù)為p， 那末沿著圓周空間就有p個(gè)正弦分布的磁通密度波

28、。 圖7 - 20就是表示四極電機(jī)的磁通密度波在空間以ns同步速旋轉(zhuǎn)的示意圖。,圖 7 - 20 四極電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁通密度波,關(guān)于交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁場(chǎng)的分析作如下總結(jié)： (1) 單相繞組通入單相交流電后， 所產(chǎn)生的是一個(gè)脈振磁場(chǎng)。 (2) 圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的特點(diǎn)是： 它的磁通密度在空間按正弦規(guī)律分布，其幅值不變并以恒定的速度在空間旋轉(zhuǎn)。 (3) 兩相對(duì)稱繞組通入兩相對(duì)稱電流就能產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)； 或者說，空間上相夾90電角度， 時(shí)間上彼此有90相位差， 幅值又相等的兩個(gè)脈振磁場(chǎng)必然形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,(4) 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向是從超前相的繞組軸線(此繞組中流有相位上超前的電流)轉(zhuǎn)到落后相的繞組軸線。 把兩相

29、繞組中任意一相繞組上所加的電壓反相(即相位改變180)， 就可以改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向。 (5) 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱為同步速， 只與電機(jī)極數(shù)和電源頻率有關(guān)， 其關(guān)系為,7.4.1 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率 前已指出， 電機(jī)跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速n總是低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速即同步速ns。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步速之差， 也就是轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的相對(duì)速率為 n=ns-n (7 - 6),7.4 圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的運(yùn)行分析,n也稱為轉(zhuǎn)差。 但在實(shí)用上經(jīng)常用轉(zhuǎn)差率s。 就是轉(zhuǎn)差與同步速之比值， 即,(7 - 7),因而， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 n=ns(1-s) (7 - 8),顯然， 轉(zhuǎn)差率s越大， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速就越低。 因此， 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩

30、增大時(shí)， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速就下降， 轉(zhuǎn)差率s就要增大， 使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)及電流增加， 以產(chǎn)生足夠的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流IR、 轉(zhuǎn)速n、 轉(zhuǎn)差率s隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL變化的情況可表示為 TLIRns TLIRns,由式(7 - 8)可見， 當(dāng)s=0時(shí)， n=ns， 此時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步速相同， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不感應(yīng)電勢(shì)， 也不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩， 這相當(dāng)于轉(zhuǎn)子軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩等于0的理想空載情況。 但是必須指出， 這只是理想狀態(tài)， 實(shí)際上即使外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0， 交流伺服電動(dòng)機(jī)本身仍存在有阻轉(zhuǎn)矩(例如摩擦轉(zhuǎn)矩和附加轉(zhuǎn)矩等)， 它對(duì)小功率電機(jī)影響較大。 所以， 在圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下， 交流伺服電動(dòng)機(jī)的空

31、載轉(zhuǎn)速只有同步轉(zhuǎn)速的5/6左右。,當(dāng)s=1, n=0， 此時(shí)轉(zhuǎn)子不動(dòng)(又稱為堵轉(zhuǎn))， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步速ns切割轉(zhuǎn)子， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)和電流很大。 這相當(dāng)于電機(jī)合上電源轉(zhuǎn)子將要啟動(dòng)的瞬間， 或者負(fù)載轉(zhuǎn)矩將電機(jī)軸卡住不動(dòng)的情況。 由于交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速總是低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步速， 而且隨著負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩值的變化而變化， 因此交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱為兩相異步伺服電動(dòng)機(jī)。 所謂“異步”， 就是指電機(jī)轉(zhuǎn)速與同步速有差異。,7.4.2 電壓平衡 1. 轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的電壓平衡方程式 伺服電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)總是旋轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)子不動(dòng)只是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的一個(gè)特殊情況，由于這種情況比較簡(jiǎn)單， 所以先從這里開始研究。 首先分析定子

32、繞組中感應(yīng)電勢(shì)的值和頻率。圖7 - 21表示當(dāng)定子繞組通電后在氣隙中形成的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Bs以同步速ns在空間旋轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子鐵心中各放著一根導(dǎo)體(實(shí)際是繞組的一段導(dǎo)體)。,于是這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就切割這兩根導(dǎo)體， 并在其中也就是在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。 根據(jù)電磁感應(yīng)定律， 磁場(chǎng)切割導(dǎo)體時(shí)在導(dǎo)體中所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為 e=Blv (7 - 9) 式中， v為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定、 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的線速度； l為定子鐵心長(zhǎng)度。,圖 7 - 21 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定轉(zhuǎn)子導(dǎo)體,由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的氣隙磁通密度在空間是按正弦規(guī)律分布的， 在這樣磁場(chǎng)的切割下， 在定、轉(zhuǎn)子繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)e隨時(shí)間也是按正弦規(guī)律變化， 如圖7 - 22

33、所示。 感應(yīng)電勢(shì)交變的頻率與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割速度和極數(shù)有關(guān)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定、 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度都等于同步速ns， 因而在定、 轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)的頻率是相等的， 即 fs=fR (7 - 10),如果旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)p=1， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)， 定、 轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢(shì)也交變1次； 當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)為p時(shí)(如圖7 - 20表示p=2)， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)， 定轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢(shì)就要交變p次； 如果旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為ns(r/min)， 則定、 轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢(shì)頻率為,(7 - 11),將式(7 - 11)與式(7 - 5)進(jìn)行比較， 可以很明顯地看出， 當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定

34、、 轉(zhuǎn)子繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)頻率與電源的頻率是完全相同的， 即fs=fR=f(由于電源頻率f與定子繞組感應(yīng)電勢(shì)頻率fs相等， 為了表示方便起見， 在以后分析中， 二者都以符號(hào)f表示)。,再來分析感應(yīng)電勢(shì)的值。 由圖7 - 21可見， 當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)最大值Bm 轉(zhuǎn)到定、 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所處的位置時(shí)， 這時(shí)導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)為最大值， 故導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)最大值為 Ecm =Bm lv (7 - 12) 由式(7 - 11)可得線速度與感應(yīng)電勢(shì)頻率的關(guān)系式為,(7 - 13),式中， Ds為定子鐵心內(nèi)徑。,圖 7 - 22 感應(yīng)電勢(shì)隨時(shí)間的變化,圖 7 - 23 氣隙磁通密度的平均值,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極磁通,(7 -

35、14),式中， 為極距， ， l為鐵心長(zhǎng)度； Bp 為磁通密度的平均值， 如圖6 - 23所示。 且,(7 - 15),所以， 每極磁通為,(7 - 16),氣隙磁通密度幅值為,(7 - 17),將式(7 - 13)及式(7 - 17)代入式(7 - 12)， 經(jīng)過整理 后， 可得每根導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)有效值為,(7 - 18),由于定、 轉(zhuǎn)子繞組都是由很多導(dǎo)體串聯(lián)而成的， 定、 轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢(shì)就等于串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)(通常用匝數(shù)表示， 串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)等于串聯(lián)匝數(shù)的兩倍)乘上每根導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì)。 這樣定、 轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢(shì)有效值可分別表示為：,勵(lì)磁繞組感應(yīng)電勢(shì)： Ef=2WfEc=4.44Wff (7

36、- 19) 控制繞組感應(yīng)電勢(shì)： Ek=2WkEc=4.44Wkf (7 - 20) 轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢(shì)： ER=2WREc=4.44WRf (7 - 21) 式中， Wf、 Wk、 WR分別為勵(lì)磁、 控制、 轉(zhuǎn)子繞組的有效匝數(shù)(根據(jù)電機(jī)原理中的分析， 鼠籠轉(zhuǎn)子繞組的有效匝數(shù)WR=1/2)。,將式(7 - 19)(7 - 21)與變壓器繞組的感應(yīng)電勢(shì)表達(dá)式(4 - 9)相比較， 可見兩者相同， 但應(yīng)注意的是變壓器的m表示脈振磁通的幅值， 而這里的表示旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通。,圖 7 - 24 主磁通和漏磁通,勵(lì)磁繞組漏磁電勢(shì)：,(7 - 22),控制繞組漏磁電勢(shì)：,(7 - 23),轉(zhuǎn)子繞組漏磁電勢(shì)：

37、,(7 - 24),此外， 在定、 轉(zhuǎn)子繞組中均有電阻， 當(dāng)電流流過時(shí)， 要產(chǎn)生定子和轉(zhuǎn)子電阻壓降， 它們是： 勵(lì)磁繞組電阻壓降：,(7 - 25),控制繞組電阻壓降：,(7 - 26),轉(zhuǎn)子繞組電阻壓降：,(7 - 27),式中， Rf、 Rk、 RR分別為勵(lì)磁、 控制、 轉(zhuǎn)子繞組電阻。,2. 電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電壓平衡方程式 設(shè)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子帶著負(fù)載以轉(zhuǎn)速n在運(yùn)轉(zhuǎn)， 這時(shí)在定子方面， 由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)定子繞組的速度仍是同步速ns， 定子繞組中的電勢(shì)和電流頻率仍為f， 因此定子繞組感 應(yīng)電勢(shì)及電抗、 電阻壓降表達(dá)式與前面轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)完全相同， 這里不再詳述。 但是在轉(zhuǎn)子方面卻與前面有所不同。 這時(shí)

38、由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間以同步速ns旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子朝著同 一方向以轉(zhuǎn)速n在轉(zhuǎn)動(dòng)， 所以， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不是以ns，而是以轉(zhuǎn)差n=ns-n的相對(duì)速度切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體， 因而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電勢(shì)和電流的頻率應(yīng)為,這就是說， 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電勢(shì)和電流的頻率等于電源頻率乘上轉(zhuǎn)差率， 只有當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)即n=0、 s=1時(shí)， 才有fR=f， 這時(shí)轉(zhuǎn)子頻率與定子頻率相同。,或,(7 - 31),由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的線速度為,(7 - 32),因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢(shì)變?yōu)?ERs =4.44WRsf (7 - 33) 由式(7 - 21)， 轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢(shì)為 ER=4.44W

39、Rf 所以 ERs =sER (7 - 34),即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 轉(zhuǎn)子電勢(shì)ERs 等于轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的電勢(shì)ER與轉(zhuǎn)差率s的乘積。 可以看出， 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)在轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)為最大， 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以后， 由于轉(zhuǎn)差率s減小， 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)也就減小， 當(dāng)理想空載n=ns, s=0時(shí)， 則轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)ERs =0。,由于轉(zhuǎn)子電流的頻率由fR=f變?yōu)閒R=sf， 故而由轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子漏磁通的交變頻率也變?yōu)閟f， 而漏磁通所感應(yīng)的漏磁電勢(shì)及與它相對(duì)應(yīng)的漏電抗是與漏磁通變化的頻率成正比的， 因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 轉(zhuǎn)子漏磁電勢(shì)及漏電抗可表示為,(7 - 35),(7 - 36),式中， 為轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子漏磁電勢(shì)， XR

40、為轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子漏電抗。 所以轉(zhuǎn)子漏電抗也是一個(gè)變數(shù)， 轉(zhuǎn)子靜止時(shí)XRs =XR， 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)隨轉(zhuǎn)差率s的減小而減小。 這樣轉(zhuǎn)子漏磁電勢(shì)可表示為,(7 - 37),根據(jù)上面分析， 注意到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子方面的變化， 又可列出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的電壓平衡方程式為,(7 - 38) (7 - 39) (7 - 40),電壓平衡是電機(jī)中的一個(gè)很重要的規(guī)律， 利用它可以分析電機(jī)運(yùn)行中發(fā)生的許多物理現(xiàn)象。 對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)也是如此。,7.4.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)的定子繞組電壓 要得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 加在勵(lì)磁繞組和控制繞組上的電壓應(yīng)符合怎樣條件呢? 分兩種情況來說： (1) 當(dāng)勵(lì)磁繞組有效匝數(shù)Wf和控制繞組有效匝數(shù)Wk

41、相等， 即Wf=Wk時(shí)， 定子繞組為對(duì)稱兩相繞組， 產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)的定子電流必須是兩相對(duì)稱電流， 即兩相電流幅值相等， 相位相差90， 用復(fù)數(shù)表示為,(7 - 41),由于控制電流 相位上超前勵(lì)磁電流 ， 所以圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向是從控制繞組軸線轉(zhuǎn)到勵(lì)磁繞組軸線， 如圖7 - 15所示。 顯然這時(shí)控制繞組感應(yīng)電勢(shì) 在相位上應(yīng)超前勵(lì)磁繞組感應(yīng)電勢(shì) 90， 而其值相等， 用復(fù)數(shù)表示,(7 - 42),因?yàn)樵褦?shù)相等， 勵(lì)磁繞組和控制繞組參數(shù)相等， 即 Rk=Rf (7 - 43) Xk=Xf (7 - 44),將式(7 - 41)(7 - 44)代入式(7 - 39)得,(7 - 45),這表示兩相繞組

42、匝數(shù)相等時(shí)， 為得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 要求兩相電壓值相等， 相位差成90， 如圖7 - 25(a)所示。 這樣的兩個(gè)電壓稱為兩相對(duì)稱電壓。,(2) 當(dāng)兩相繞組匝數(shù)不等時(shí)， 設(shè)Wf/Wk=k， 此時(shí)為得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 兩相電流幅值不等、 相位仍差90。 根據(jù)式(7 - 4)， 并將兩相電流用復(fù)數(shù)形式表達(dá)， 可得,(7 - 46),由式(7 - 19)和式(7 - 20)可知定子感應(yīng)電勢(shì)的值與匝數(shù)成正比， 控制繞組感應(yīng)電勢(shì) 仍超前勵(lì)磁繞組感應(yīng)電勢(shì) 90， 故可表示為,(7 - 47),另外， 當(dāng)兩相繞組在定子鐵心中對(duì)稱分布時(shí)， 每 相繞組占有相同的槽數(shù)， 因?yàn)殡娮?(7 - 48),其中每相繞組導(dǎo)

43、線的長(zhǎng)度正比于匝數(shù)， 即lW, 導(dǎo)線截面積反比于匝數(shù)， 即S1/W， 所以電阻RW2， 由此可得,或,(7 - 49),同時(shí)定子漏電抗,(7 - 50),式中， G為定子漏磁導(dǎo)， 是一個(gè)常數(shù)。 所以漏電抗XW2， 由此可得,或,(7 - 51),將式(7 - 46)、 (7 - 47)、 (7 - 49)和(7 - 51)代入式 (7 - 39)， 整理后可得,(7 - 52),兩相電壓有效值之比：,(7 - 53),這說明當(dāng)兩相繞組匝數(shù)不等時(shí)， 要得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 兩相電壓的相位差應(yīng)是90， 其值應(yīng)與匝數(shù)成正比， 如圖7 - 25(b)所示。,圖 7 - 25 圓磁場(chǎng)時(shí)的兩相電壓相量圖 (

44、a) Wk=Wf時(shí)； (b) Wf/Wk=k時(shí),一般地， 當(dāng)兩相繞組產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)， 這時(shí)加在定子繞組上的電壓分別定義為額定勵(lì)磁電壓 和額定控制電壓 ， 并稱兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)處于對(duì)稱狀態(tài)。 由以上分析可知， 當(dāng)Wk=Wf， 則 Ufn =Ukn (7 - 54) 若Wf/Wk=k, 則,(7 - 55),兩相繞組額定電壓值與繞組匝數(shù)成正比的關(guān)系是非常有用的， 在某些場(chǎng)合下， 例如當(dāng)采用晶體管伺服放大器時(shí)， 控制電壓往往要求比勵(lì)磁電壓低， 這時(shí)應(yīng)選用控制繞組的匝數(shù)低于勵(lì)磁繞組的匝數(shù)。,7.4.4 轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性 1. 電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式 交流伺服電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式， 可以根據(jù)載流導(dǎo)體在磁

45、場(chǎng)中要受到電磁力作用的基本原理出發(fā)進(jìn)行推導(dǎo)。 圖7 - 26表示旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的氣隙磁通密度波B以同步速ns， 而轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n從右向左旋轉(zhuǎn)， 轉(zhuǎn)子上有ZR(=10)根鼠籠條分布在它的圓周上， 每?jī)筛蠡\條之間相夾的角度為。,當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以相對(duì)速度n=ns-n切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條時(shí)， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中就產(chǎn)生了感應(yīng)電勢(shì)。 由于磁通密度B在空間為正弦分布， 因此對(duì)每一根導(dǎo)條來說， 它所切割的磁通密度的值隨時(shí)間作正弦變化。 根據(jù)e=Blv， 轉(zhuǎn)子上每根導(dǎo)條的感應(yīng)電勢(shì)e隨時(shí)間也作正弦變化， 并與它所切割的氣隙磁通密度B同相。 如果在某一瞬間t時(shí)， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的氣隙磁通密度波B與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的相對(duì)位置如圖7-26所示，那末此時(shí)氣隙磁

46、通密度B沿著圓周的分布曲線，也可表示為在此瞬間轉(zhuǎn)子各導(dǎo)條中的電勢(shì)分布曲線。 這時(shí)轉(zhuǎn)子各導(dǎo)條的電勢(shì)為,圖 7 - 26 某一瞬間鼠籠轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)位置,導(dǎo)條1 e1=ERmsin 0 導(dǎo)條2 e2=ERmsin 導(dǎo)條3 e3=ERmsin 2 導(dǎo)條10 e10 =ERmsin 9 上述各式中的ERm 為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電勢(shì)最大值， 就是當(dāng)導(dǎo)條切割磁通密度最大值Bm 時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)。,由于轉(zhuǎn)子繞組存在漏電抗， 轉(zhuǎn)子阻抗是電感性的， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流要落后于電勢(shì)一個(gè)阻抗角R， 這時(shí)導(dǎo)條的電流為： 導(dǎo)條1 i1=IRmsin(-R) 導(dǎo)條2 i2=IRmsin(-R) 導(dǎo)條3 i3=IRmsin(

47、2-R) 導(dǎo)條10 i10 =IRmsin(9-R),式中， IRm 為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電流最大值。 根據(jù)f=Bil的原理求力， 可得這時(shí)各導(dǎo)條所受到的電磁力為： 導(dǎo)條1 F1=B1 i1l=0i1l=0 導(dǎo)條2 F2=B2 i2l=BmsinIRmsin(-R)l 導(dǎo)條3 F3=B3 i3l=Bmsin2IRmsin(2-R)l 導(dǎo)條10 F10 =B10 i10 l =Bmsin 9IRmsin(9-R)l,式中， l為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條長(zhǎng)度。 利用三角函數(shù)的變換式,則各導(dǎo)條所受到的電磁力為：,導(dǎo)條1F1 導(dǎo)條2 F2= 1/2 Bm IRm lcos R-cos(2-R) 導(dǎo)條3 F3= 1/2 Bm

48、IRm lcos R-cos(4-R) 導(dǎo)條10 F10 = 1/2 Bm IRm lcos R-cos(18-R),將所有ZR根轉(zhuǎn)子導(dǎo)條(這里ZR=10)所受到的力加起來， 就可得到整個(gè)轉(zhuǎn)子所受到的電磁力。 注意到上面各式括弧中的第二項(xiàng)加起來之和為0(因?yàn)檫@實(shí)際上是長(zhǎng)度為1、 互差2角、 在720內(nèi)均布的10根矢量在坐標(biāo)軸上的投影之和)， 則整個(gè)轉(zhuǎn)子所受到的電磁力為,(7 - 56),作用在轉(zhuǎn)子上的電磁轉(zhuǎn)矩等于電磁力乘上轉(zhuǎn)子的 半徑， 即轉(zhuǎn)矩為,(7 - 57),式中， DR為轉(zhuǎn)子鐵心外徑。,必須指出， 式(7-56)和式(7-57)的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式雖然是在某一瞬時(shí)的情況下推出的，

49、但它們卻可以表示任何時(shí)間轉(zhuǎn)子所受到的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。 這是因?yàn)閷?duì)于某一導(dǎo)條來說，導(dǎo)條中的電流及電磁轉(zhuǎn)矩是隨時(shí)間而變的，取決于磁場(chǎng)與它的瞬時(shí)相對(duì)位置， 但是對(duì)于整個(gè)轉(zhuǎn)子來說，由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條是均勻分布的， 它們分別處于磁場(chǎng)中不同位置，這種情況在不同時(shí)間是完全一樣的， 因而轉(zhuǎn)子總的電磁轉(zhuǎn)矩與磁場(chǎng)位置無關(guān)， 是一個(gè)不隨時(shí)間而變的常數(shù)。,考慮到轉(zhuǎn)子電流最大值IRm 與有效值IR的關(guān)系為,(7 - 58),再根據(jù)式(7 - 17)， 氣隙磁通密度最大值可表示為,(7 - 59),考慮到DsDR， 并將式(7 - 58)和式(7 - 59)代入式 (7 - 57)， 經(jīng)過整理， 可得作用在轉(zhuǎn)子上的電磁轉(zhuǎn)矩為

50、,(7 - 60),可見， 交流伺服電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式與直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式T=CTIa(見式(3 - 3)極為相似， 它表明交流伺服電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通及轉(zhuǎn)子電流的有功分量IR cos R成正比。 再從式(7 - 40)可得轉(zhuǎn)子電流IR為,(7 - 61),由式(7 - 19)和式(7 - 21)可得轉(zhuǎn)子繞組電勢(shì)與勵(lì)磁繞組電勢(shì)的關(guān)系為 ER/Ef = WR/Wf 即 (7 - 62) 將此式代入式(7 - 61)， 可得,(7 - 63),考慮到勵(lì)磁繞組的電阻壓降IfRf和電抗壓降IfXf相對(duì)于電勢(shì)Ef來說是相當(dāng)小的， 近似地可以被忽略， 故式(7 - 38)電壓平衡方程式可近似地寫

51、成,(7 - 64),再由式(7 - 19)可得 UfEf=4.44Wff (7 - 65) 這樣， 轉(zhuǎn)子電流可近似地表示為,(7 - 66),每極磁通可近似地表示為 Uf/4.44Wff (7 - 67) 式(7 - 60)中的cos R是轉(zhuǎn)子電路中的功率因數(shù)， 從式(7 - 40)可以看出：,(7 - 68),將式(7 - 66)、 (7 - 67)和(7 - 68)代入式(7 - 60)， 經(jīng)過整理可得電磁轉(zhuǎn)矩為,(7 - 69),這個(gè)近似的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式是一個(gè)很重要的公式， 因?yàn)樗硎玖怂欧妱?dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與電壓、 電機(jī)參數(shù)及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系。 對(duì)已制成的電機(jī)， 電機(jī)參數(shù)是一定的， f又為常

52、數(shù)， 因此當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定， 也就是轉(zhuǎn)差率s不變時(shí)， 電磁轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比， 即 TU2f 當(dāng)勵(lì)磁繞組兩端接在恒定的交流電源上時(shí)， 勵(lì)磁電壓Uf的值將保持不變， 所以對(duì)于一定的電機(jī)， 電磁轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)差率s(也就是轉(zhuǎn)速)的變化而變化。 由于式(7 - 69)是一個(gè)重要公式， 故有必要對(duì)它進(jìn)行一些分析和討論。,2. 轉(zhuǎn)矩公式和機(jī)械特性的討論 交流伺服電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率s(或轉(zhuǎn)速n)的關(guān)系曲線，即T=f(s)曲線或T=f(n)曲線稱為機(jī)械特性。 根據(jù)式(7 - 69)， 當(dāng)電壓一定時(shí)， 可作出各種轉(zhuǎn)子電阻RR的機(jī)械特性如圖7 - 27所示。,圖 7 - 27 不同轉(zhuǎn)子電阻的機(jī)械特性(RR4

53、RR3 RR2 RR1 ),由圖可見(以曲線1為例)，當(dāng)理想空載即n=ns、s=0時(shí)， 電磁轉(zhuǎn)矩T=0，隨著轉(zhuǎn)差率增加(即轉(zhuǎn)速的減少)，電磁轉(zhuǎn)矩增加；當(dāng)轉(zhuǎn)差率s=sm時(shí)，轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值Tmax ，以后轉(zhuǎn)矩逐漸減?。划?dāng)轉(zhuǎn)差率s=1、n=0即電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩為Td， 此稱為伺服電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。 將s=1代入式(7 - 69)， 便可得到堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為,(7 - 70),可見， 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比， 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大， 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)帶負(fù)載能力大， 電機(jī)加速也比較快。 對(duì)于一定的交流伺服電動(dòng)機(jī)， 對(duì)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩值有一定的要求。 利用微積分中求最大值的方法， 還可求出產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率sm及最大轉(zhuǎn)矩

54、Tmax 值。 將式(7 - 69)對(duì)s求導(dǎo)， 并使其導(dǎo)數(shù)等于0， 即可得,(7 - 71),sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率， 將式(7 - 71)代入式(7 - 69)中， 即可得到最大轉(zhuǎn)矩,(7 - 72),從式(7 - 71)和式(7 - 72)可以看出， 臨界轉(zhuǎn)差率sm與轉(zhuǎn)子電阻RR成正比， 但最大轉(zhuǎn)矩的值卻與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)。 這樣， 當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻增大時(shí)， 最大轉(zhuǎn)矩值保持不變， 而臨界轉(zhuǎn)差率隨著增大。 圖7 - 27表示轉(zhuǎn)子電阻 4 種不同數(shù)值時(shí)的 4 條機(jī)械特性。 由圖可見， 隨著轉(zhuǎn)子電阻增大， 特性曲線的最大點(diǎn)沿著平行于橫軸的直線mn向左移動(dòng)， 這樣可保持最大轉(zhuǎn)矩不變， 而臨界轉(zhuǎn)差率成比例地增大。

55、,比較圖7 - 27中不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的各種機(jī)械特性， 就可發(fā)現(xiàn)， 在伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)(即0s1)， 不同轉(zhuǎn)子電阻的機(jī)械特性的形狀有很大差異。 當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻較小時(shí)， 機(jī)械特性呈現(xiàn)出凸形， 電磁轉(zhuǎn)矩有一峰值(即最大轉(zhuǎn)矩)， 如曲線1、 2所示。 隨著轉(zhuǎn)子電阻的增加， 當(dāng)sm1時(shí)， 電磁轉(zhuǎn)矩的峰值已移到第二象限， 因此在0s1的范圍中， 呈現(xiàn)出下垂的機(jī)械特性， 如曲線3、 4所示。,應(yīng)該指出， 對(duì)于伺服電動(dòng)機(jī)來說， 必須具有這種下垂的機(jī)械特性， 這是因?yàn)樽詣?dòng)控制系統(tǒng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)有一個(gè)重要要求， 就是在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)應(yīng)保證其工作的穩(wěn)定性， 而這個(gè)要求只有下垂的機(jī)械特性才能達(dá)到。 那末什么叫穩(wěn)定性和不

56、穩(wěn)定性， 為什么凸形的機(jī)械特性不能保證其工作穩(wěn)定性呢?,現(xiàn)在來分析圖7 - 28所示的凸形的機(jī)械特性。 這種機(jī)械特性以峰值為界可分成兩段，即上升段ah和下降段hf。 假定電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)恒定負(fù)載， 負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩為TL(包括電機(jī)本身的阻轉(zhuǎn)矩)， 這時(shí)電機(jī)在下降段g點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。 如果由于某種原因， 負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩由TL突然增加到TL， 這樣電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩， 電機(jī)就要減速， 轉(zhuǎn)差率s就要增大， 這時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也要隨著增大， 一直增加到等于TL， 與負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩相平衡為止， 這樣電機(jī)在g點(diǎn)又穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。,從圖可以看出， 這時(shí)轉(zhuǎn)速n比原來降低了， 但轉(zhuǎn)矩卻增加了。 如果負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩又突然恢復(fù)到TL

57、， 這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 電機(jī)就要加速， 轉(zhuǎn)差率s就要減小， 因而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也隨著減小， 一直減小到等于TL為止， 又恢復(fù)到g點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。 由此看來， 在特性下降段hf也就是從ns到nm的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)， 負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩改變時(shí)， 電動(dòng)機(jī)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的性能， 因此從ns到nm的轉(zhuǎn)速范圍對(duì)負(fù)載說被稱為穩(wěn)定區(qū)。,圖 7 - 28 穩(wěn)定和不穩(wěn)定運(yùn)行,圖7 - 29 圓磁場(chǎng)時(shí)的機(jī)械特性,如果電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在特性上升段ah， 情況就不同了。 假定電動(dòng)機(jī)在b點(diǎn)運(yùn)行， 當(dāng)負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩突然增加時(shí)， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就要下降。 從圖中可以看出， 在b點(diǎn)運(yùn)行時(shí)， 如轉(zhuǎn)速下降， 則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩要減小， 造成電機(jī)

58、轉(zhuǎn)矩更小于負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩， 結(jié)果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一直下降， 直到停止為止。 如果電機(jī)在b點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)， 而負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩突然下降， 那末電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就要增加，轉(zhuǎn)速增加后電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之增大， 造成電機(jī)轉(zhuǎn)矩更大于負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩， 結(jié)果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一直上升， 直到在穩(wěn)定區(qū)hf運(yùn)轉(zhuǎn)于c點(diǎn)為止。 因此電動(dòng)機(jī)在上升段ah， 即在從nm到0的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)， 對(duì)負(fù)載來說運(yùn)轉(zhuǎn)是不穩(wěn)定的， 叫作不穩(wěn)定區(qū)。,從上所述可以得出， 對(duì)于一般負(fù)載(如恒定負(fù)載)只有在機(jī)械特性下降段， 即導(dǎo)數(shù)dT/dn0處才是穩(wěn)定區(qū)， 才能穩(wěn)定運(yùn)行。 所以， 為了使伺服電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速從0ns的整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)都保證其工作穩(wěn)定性， 它的機(jī)械特性就必須在轉(zhuǎn)速從0ns的整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)都是下垂的， 如圖7 - 29所示。 顯然， 要具有這樣下垂的機(jī)械特性，交流伺服電動(dòng)機(jī)要有足夠大的轉(zhuǎn)子電