任务32 交流伺服电动机原理与应用

1、情景三 伺服电机任务3-2 交流伺服电动机原理与应用1知识目标1、掌握直流伺服电动机的结构。2、掌握直流伺服电动机的工作原理。3、了解直流伺服电动机的应用。能力目标直流伺服电动机的接线、操作使用2交流伺服电机(AC Servo Motor)结构特点和工作原理 交流伺服电机通常都是两相异步电机，在定子上有两个空间相距90度的绕组，即控制绕组和励磁绕组。3Rotor笼型转子非磁性空心杯转子铁磁性空心杯转子杯壁厚0.20.8mm，J小杯壁.53mm，J较大，有单边磁拉力，已较少用4工作原理：与普通两相异步电机的相似之处：在二相对称绕组中通入两对称电流，就会在气隙中产生圆形旋转磁场，转子导体切割磁场所

2、感应的电流与气隙磁磁场相互作用就产生电磁转矩。当改变其中一相电流的大小或相位时，气隙磁场就发生变化，电磁转矩随之变化，电机转速必然跟着改变，从而实现对转速的控制。 区别：由于伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件。对其要求是：(1)转子速度的快慢能反应控制信号的强弱，转动方向能反应控制信号的相位，调速范围要宽；（2）无控制信号时，转子不能转动；（3）当电机转动起来以后，如控制信号消失，应立即停止转动；（4）为减小体积和重量，一般采用400、500 或1000Hz。5如何满足上述要求？增大转子电阻！增大转子电阻的三个好处：能消除自转现象：正常转子电阻时的单相转矩T=T1+T2，在正向旋转时，0s

3、0。所以，只要负载转矩不太大，转子仍能继续旋转，不会因控制信号的消失而停转，这种“自转”现象使伺服电动机失去控制，在自动控制系统中是不允许的。6增大转子电阻后的单相转矩增大转子电阻，使sk1，则合成单相转矩在电动机正向旋转范围内为负值，即T0。这就是说，控制信号消失后，处于单运行状态的电机由于电磁转矩为制动性质而能迅速停转。因此，增大转子电阻是防止交流伺服电动机出现“自转”现象的有效措施。两相合成转矩 7可以增大调速范围 由电机学原理知，异步电机的稳定运行区仅在：0ssk，而正常电机的sk=0.10.2, 所以调速范围甚小。增大转子电阻，使sk增大，从而增大调速范围。使机械特性更加线性 如右图

4、中，曲线3的线性度比曲线2要好。sk1=0.2, sk2=1.1, sk3=1.88控制方法 根据电机学原理，上述结构的交流电机，必须使定子绕组产生一旋转磁势，转子才能转动。由旋转磁场理论，对于在空间相距90电度的两个绕组，只要它们产生时间上不同相的脉动磁势，电机气隙中就将形成椭圆形旋转磁场，使转子获得转矩而旋转。如果这两个绕组的脉动磁势幅值相同，且时间上相差90电度，则气隙中将形成圆形旋转磁场，电机便运行在最佳工作状态。 当激磁绕组接至电压值不变的激磁电源，若控制信号的大小或者它与激磁电压间的相位发生改变，都能改变电机气隙磁场的椭圆度，也就能够影响电机的工作状态，达到对电机控制的目的。据此，

5、交流伺服电机有下列几种控制方法：9幅值控制 控制电压与激磁电压之间保持90度相位差不变，通过改变控制信号（电压）的幅值来改变电机的转速。1011由于与激磁电压相差90度的电压为：所以信号系数定义为：脉振磁场椭圆形磁场圆形磁场幅值相位控制（电容控制） 激磁回路串联电容后接到相位和幅值都不变的激磁电源，当改变控制电压幅值时，由于激磁回路电流发生变化，使激磁绕组及其串联电容上的电压分布发生变化，从而使控制电压与激磁绕组上的电压间的相位角也发生变化。12当改变控制电压的幅值以改变转速时，由于转子绕组的耦合作用，激磁电流 If 的大小和相位都会改变，致使激磁绕组上的电压的大小和相位也随之改变。所以，这是一种幅值和相位的复合控制方式。Cph13双相控制 激磁电压与控制电压间的相位固定为90度，而激磁电压的幅值随控制信号的改变而同样的改变，也就是说，不论控制信号大小，电机始终在圆形旋转磁场下工作，可获得最大输出功率和效率。14交流伺服伺服电