第3章-交流伺服电动机

直流伺服电动机伺服电动机在控制系统中的作用直流伺服电动机分类、控制方式直流伺服电动机的运行特性曲线直流伺服电动机动态特性两个过程分析分类交流异步

永磁式交流同步

磁阻式

磁滞式

交流伺服电动机交流异步伺服电动机交流伺服电动机：两相交流异步电机。定子：励磁绕组和控制绕组。励磁绕组控制绕组杯形转子内定子交流伺服电动机结构图结构特点和工作原理结构特点和工作原理两相异步电机

定子：相距90度的绕组，控制绕组和励磁绕组。交流异步伺服电动机工作原理：与普通两相异步电机的相似之处：对称绕组，圆形旋转磁场，转子导体切割磁，产生电磁转矩。区别：执行元件。要求：

(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。交流伺服电动机的工作原理放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––1交流伺服电动机的接线图交流伺服电动机的特点：在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转。幅值控制

控制电压与励磁电压之间保持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。交流伺服电动机的控制方式最不对称，脉振磁场对称，圆形旋转磁场不对称，椭圆形旋转磁场定义：为信号系数，则：相位控制控制电压的幅值保持不变，通过改变控制电压对励磁电压的相角来实现对电机的控制。交流伺服电动机的控制方式交流伺服电动机的控制方式由于与励磁电压相差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）

励磁回路串联电容交流伺服电动机的控制方式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，励磁电流If的大小和相位都会改变，致使励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。Cph交流伺服电动机的控制方式幅值控制时的机械特性幅值控制时的调节特性1.幅值控制时的静态特性交流伺服电动机的静态特性2.相位控制时的静态特性相位控制时的机械特性相位控制时的调节特性交流伺服电动机的静态特性3.电容控制时的静态特性

定义获得圆形旋转磁场时信号系数为a0，为使伺服电机有较大起动转矩，使电机在起动时获得圆形旋转磁场，起动后为椭圆形磁场，故电容控制时电机的理想空载转速都低于同步转速。电容控制时的机械特性电容控制时的调节特性交流伺服电动机的静态特性

交流同步伺服电动机分为永磁式、磁阻式和磁滞式三种。共同特点：转子上没有励磁绕组，取消了电励磁同步电动机的滑环和电刷。3.4.1永磁同步电动机一、概述

世界上第一台电机就是永磁电机，体积很大，笨重，为电励磁式电机所取代。第三代稀土永磁材料钕铁硼（NdFeB）的问世，给永磁电机的研究和开发带来了新的活力。

永磁同步电动机优点：高效节能二、基本结构三、工作原理四、起动问题当由工频电源直接供电时，由于定子旋转磁场与转子永磁体磁场之间有相对转动，不能产生恒定方向的电磁转矩，造成起动困难。

造成永磁同步电动机不能直接起动的原因可归结为：

(1)转子本身一定的惯性；

(2)起动瞬间定、转子磁场之间转速相差过大。

3.4.2磁阻同步电动机

磁阻同步电动机又称为反应式同步电动机，这种电机的转子本身没有磁性，只是利用磁场中可移动部件企图使磁路磁阻最小的原理，依靠转子两个正交方向磁阻的不同而产生转矩，这种转矩称为磁阻转矩或反应转矩。磁阻同步电动机由于结构简单，成本低廉，获得了较为广泛的应用。磁阻同步电动机有单相的和三相的，功率从几瓦到几百瓦。一、基本结构二、工作原理3.4.3磁滞同步电动机转子：硬磁材料，具有比较宽的磁滞回环。优点：结构简单，运转可靠，起动转矩大主要应用：无线电通讯、自动记录、传真及遥控装置等，其中50W以下小功率的应用最为广泛。一、基本结构二、工作原理性能指标空载始动电压Us0在额定励磁电压和空载下，使转子在任意位置开始连续转动所需的最小控制电压称为空载始动电压Us0。Us0越小，表示伺服电动机的灵敏度越高。伺服电动机的选用始动电压机械特性的非线性度Km

在额定励磁电压下，任意控制电压时的实际机械特性与线性机械特性在T=Tst/2时的速度差与空载转速之比百分数。机械特性非线性度伺服电动机的选用调节特性的非线性度K

在额定励磁电压和空载情况下，当有效信号系数e为0.7时，实际调节特性与线性调节特性的速度差与空载转速之比的百分数。伺服电动机的选用交流伺服电动机应用举例线性电位器输入端加电压U1，输出端电压为：q放大器伺服电机电机转动q改变此时交流伺服电动机的选用直流与交流异步伺服电动机的比较交流直流静态特性非线性，且理想线性机械特性也不平行线性且平行效率、体积、重量因为转子电阻大，且工作在椭圆磁场下，所以电磁转矩小，损耗大，效率抵体积小，重量轻，效