第二章 交流伺服電動機(jī)new

1、2 （c）滾齒機(jī) （d）伺服壓力機(jī)交流伺服電動機(jī)驅(qū)動的部分應(yīng)用 （a）雷達(dá)、衛(wèi)星通信天線 （b）機(jī)器人偵查相機(jī)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(jī)兩相交流伺服電動機(jī)n第二節(jié)第二節(jié) 微型同步電動機(jī)微型同步電動機(jī)本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：兩相伺服電動機(jī)兩相伺服電動機(jī)工作原理工作原理和靜態(tài)特性和靜態(tài)特性本章難點(diǎn)：本章難點(diǎn)：兩相伺服電動機(jī)兩相伺服電動機(jī)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(jī)交流伺服電動機(jī)異步異步同步同步異步異步交流伺服電動機(jī)交流伺服電動機(jī)兩相兩相三相三相6n交流伺服電動機(jī)由于沒有換向器

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

3、是兩相異步電就是兩相異步電動機(jī)，定子兩相動機(jī)，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(jī)原理圖兩相伺服電動機(jī)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(jī)類似，但是為了異步電動機(jī)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(xì)而長。轉(zhuǎn)子籠條和端環(huán)既細(xì)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(jī)的結(jié)構(gòu)型式如右圖這種電動機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單，轉(zhuǎn)子采用鐵磁材料制成，這種電動機(jī)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(jī)機(jī)械特性單相異步電動機(jī)機(jī)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(biāo)的標(biāo)么值為：么值為： .fcNUUcUfccncncnccUUUUUUU*21 cUfUn當(dāng)當(dāng) 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(dāng)當(dāng) 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(jī)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(jī)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(jī)不轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。機(jī)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(jìn)行分相，具有線路簡單、成本低廉、輸出功率較大電容進(jìn)行分相，具有線路簡單、成本低廉、輸出功率較大的優(yōu)點(diǎn)，因而成為使用最多的控制方式。的優(yōu)點(diǎn)，因而成為使用最多的控制方式。n 機(jī)械特性（調(diào)節(jié)特性）線性度比較：機(jī)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(jī)電時間常

9、數(shù)，為機(jī)電時間常數(shù)，31機(jī)械特性機(jī)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(jī)床的數(shù)字控機(jī)床的數(shù)字控制系統(tǒng)制系統(tǒng)37383940一、機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性一、機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性 直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性關(guān)系，直流伺服電動機(jī)的機(jī)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(jī)械特性曲線相互平行，斜率不且在不同的控制電壓下，機(jī)械特性曲線相互平行，斜率不變。異步伺服電動機(jī)的機(jī)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(jī)的機(jī)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(jī)械特性也不是相系，且在不同

10、的控制電壓下，理想線性機(jī)械特性也不是相互平行的。機(jī)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(jī)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(dāng)控制電壓不同時，電動機(jī)的理想動態(tài)精度越低。此外，當(dāng)控制電壓不同時，電動機(jī)的理想線性機(jī)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(jī)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(jī)性能的要求，轉(zhuǎn)子電為了滿足控制系統(tǒng)對電動機(jī)性能的要求，轉(zhuǎn)子電阻就得相當(dāng)大，又電動機(jī)經(jīng)

11、常運(yùn)行在橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場阻就得相當(dāng)大，又電動機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場下，由于負(fù)序磁場的存在要產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使電磁轉(zhuǎn)下，由于負(fù)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(jī)的損耗增大。當(dāng)輸出功率相同時，矩減小，并使電動機(jī)的損耗增大。當(dāng)輸出功率相同時，異步伺服電動機(jī)要比直流伺服電動機(jī)的體積大、重量異步伺服電動機(jī)要比直流伺服電動機(jī)的體積大、重量大、效率低。所以異步伺服電動機(jī)只適用于小功率系大、效率低。所以異步伺服電動機(jī)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(jī)。電動機(jī)。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(jī)原理磁式同步電動機(jī)原理相同；相同；當(dāng)電動機(jī)正常當(dāng)電動機(jī)正常運(yùn)行時，定子繞組產(chǎn)運(yùn)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