任務(wù)3-2交流伺服電動機原理與應(yīng)用.ppt

情景三 伺服電機,任務(wù)3-2 交流伺服電動機原理與應(yīng)用,知識目標(biāo) 1、掌握直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)。 2、掌握直流伺服電動機的工作原理。 3、了解直流伺服電動機的應(yīng)用。 能力目標(biāo) 直流伺服電動機的接線、操作使用,交流伺服電機(AC Servo Motor) 結(jié)構(gòu)特點和工作原理 交流伺服電機通常都是兩相異步電機，在定子上有兩個空間相距90度的繞組，即控制繞組和勵磁繞組。,Rotor,籠型轉(zhuǎn)子,非磁性空 心杯轉(zhuǎn)子,鐵磁性空 心杯轉(zhuǎn)子,杯壁厚0.20.8mm，J小,杯壁.53mm，J較大，有 單邊磁拉力，已較少用,工作原理： 與普通兩相異步電機的相似之處：在二相對稱繞組中通入兩對稱電流，就會在氣隙中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁場所感應(yīng)的電流與氣隙磁磁場相互作用就產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)改變其中一相電流的大小或相位時，氣隙磁場就發(fā)生變化，電磁轉(zhuǎn)矩隨之變化，電機轉(zhuǎn)速必然跟著改變，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的控制。 區(qū)別：由于伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。對其要求是：(1)轉(zhuǎn)子速度的快慢能反應(yīng)控制信號的強弱，轉(zhuǎn)動方向能反應(yīng)控制信號的相位，調(diào)速范圍要寬；（2）無控制信號時，轉(zhuǎn)子不能轉(zhuǎn)動；（3）當(dāng)電機轉(zhuǎn)動起來以后，如控制信號消失，應(yīng)立即停止轉(zhuǎn)動；（4）為減小體積和重量，一般采用400、500 或1000Hz。,如何滿足上述要求？增大轉(zhuǎn)子電阻！ 增大轉(zhuǎn)子電阻的三個好處： 能消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：,正常轉(zhuǎn)子電阻時的單相轉(zhuǎn)矩,T=T1+T2，在正向旋轉(zhuǎn)時，00。所以，只要負(fù)載轉(zhuǎn)矩不太大，轉(zhuǎn)子仍能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，不會因控制信號的消失而停轉(zhuǎn)，這種“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象使伺服電動機失去控制，在自動控制系統(tǒng)中是不允許的。,增大轉(zhuǎn)子電阻后的單相轉(zhuǎn)矩,增大轉(zhuǎn)子電阻，使sk1，則合成單相轉(zhuǎn)矩在電動機正向旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)為負(fù)值，即T0。這就是說，控制信號消失后，處于單運行狀態(tài)的電機由于電磁轉(zhuǎn)矩為制動性質(zhì)而能迅速停轉(zhuǎn)。因此，增大轉(zhuǎn)子電阻是防止交流伺服電動機出現(xiàn)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的有效措施。,兩相合成轉(zhuǎn)矩,可以增大調(diào)速范圍 由電機學(xué)原理知，異步電機的穩(wěn)定運行區(qū)僅在：0ssk，而正常電機的sk=0.10.2, 所以調(diào)速范圍甚小。增大轉(zhuǎn)子電阻，使sk增大，從而增大調(diào)速范圍。 使機械特性更加線性 如右圖中，曲線3的線性度比曲線2要好。,sk1=0.2, sk2=1.1, sk3=1.8,控制方法 根據(jù)電機學(xué)原理，上述結(jié)構(gòu)的交流電機，必須使定子繞組產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁勢，轉(zhuǎn)子才能轉(zhuǎn)動。由旋轉(zhuǎn)磁場理論，對于在空間相距90電度的兩個繞組，只要它們產(chǎn)生時間上不同相的脈動磁勢，電機氣隙中就將形成橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子獲得轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)。如果這兩個繞組的脈動磁勢幅值相同，且時間上相差90電度，則氣隙中將形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，電機便運行在最佳工作狀態(tài)。 當(dāng)激磁繞組接至電壓值不變的激磁電源，若控制信號的大小或者它與激磁電壓間的相位發(fā)生改變，都能改變電機氣隙磁場的橢圓度，也就能夠影響電機的工作狀態(tài)，達到對電機控制的目的。據(jù)此，交流伺服電機有下列幾種控制方法：,幅值控制 控制電壓與激磁電壓之間保持90度相位差不變，通過改變控制信號（電壓）的幅值來改變電機的轉(zhuǎn)速。,由于與激磁電壓相差90度的電壓為： 所以信號系數(shù)定義為：,脈振磁場,橢圓形磁場,圓形磁場,幅值相位控制（電容控制） 激磁回路串聯(lián)電容后接到相位和幅值都不變的激磁電源，當(dāng)改變控制電壓幅值時，由于激磁回路電流發(fā)生變化，使激磁繞組及其串聯(lián)電容上的電壓分布發(fā)生變化，從而使控制電壓與激磁繞組上的電壓間的相位角也發(fā)生變化。,當(dāng)改變控制電壓的幅值以改變轉(zhuǎn)速時，由于轉(zhuǎn)子繞組的耦合作用，激磁電流 If 的大小和相位都會改變，致使激磁繞組上的電壓的大小和相位也隨之改變。所以，這是一種幅值和相位的復(fù)合控制方式。,Cph,雙相控制 激磁電壓與控制電壓間的相位固定為90度，而激磁電壓的幅值隨控制信號的改變而同樣的改變，也就是說，不論控制信號大小，電機始終在圓形旋轉(zhuǎn)磁場下工作，可獲得最大輸出功率和效率。,交流伺服伺服電