特種電機(jī)的結(jié)構(gòu)、控制原理及應(yīng)用

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課題名稱特種電機(jī)的結(jié)構(gòu)、控制原理及應(yīng)用 目 錄摘 要IIIABSTRACTIV第1章 緒論11.1 課題背景11.2 課題意義及主要工作1第2章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)22.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)22.1.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)22.1.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)22.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理、主要參數(shù)及特性42.2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理42.2.2主要參數(shù)及特性52.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用6第3章 三相交流伺服電動(dòng)機(jī)73.1交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)73.2交流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理73.2.1交流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理73.2.2交流伺服電動(dòng)機(jī)有以下三種轉(zhuǎn)速控制方式83.3三相交流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)

2、用8第4章總結(jié)9參考文獻(xiàn)10謝 辭11摘 要隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是高性能永磁材料的問(wèn)世，電動(dòng)機(jī)制造技術(shù)水平得到了極大的提高，也為特種電動(dòng)機(jī)的制造、控制和應(yīng)用提出了更高的要求，提供了更廣闊的發(fā)展空間。本旨在通過(guò)對(duì)特種電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造、調(diào)速控制原理及應(yīng)用的介紹，達(dá)到快速學(xué)習(xí)特種電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用的目的。本次課題設(shè)計(jì)著重介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)的的結(jié)構(gòu)、控制原理及應(yīng)用。關(guān)鍵詞：特種電機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)ABSTRACTAlong with the automation technology, computer technology, the developmen

3、t of power electronic technology, especially the high performance permanent magnetic materials available, motor manufacturing technology level has been greatly improved, but also for the special motor manufacturing, control and application put forward higher request, provided more vast development s

4、pace.This aims to construct special motor, speed control principle and application, achieve rapid learning special motor control technology and application for the purpose of. This design introduced the stepper motor, servo motor structure, control principle and application.Keywords: special motor,

5、stepper motor, servo motor10第1章 緒論1.1 課題背景當(dāng)今世界，各種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，給人們的生活帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響，它極大的改善我們的生活方式。在以特種電機(jī)為代表的電力拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展更是日新月異，從各個(gè)方面影響和改變著我們的生活，而其中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展更為迅速，已經(jīng)滲透到了我們生活的各個(gè)方面，其發(fā)展給我們的生活和生產(chǎn)帶來(lái)了極大的方便，以致人們已經(jīng)離不開(kāi)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的電磁機(jī)械裝置，由于所用電源是脈沖電源，所以也稱為脈沖馬達(dá)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種特殊的電動(dòng)機(jī)，一般電動(dòng)機(jī)通電后連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則跟隨輸人脈

6、沖按節(jié)拍一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)。每施加一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，稱為一步，每一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度叫做步距角。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量和輸人脈沖的個(gè)數(shù)成正比，在時(shí)間上與輸人脈沖同步，因此，只需控制輸人脈沖的數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向。無(wú)脈沖輸入時(shí)，在繞組電源激勵(lì)下，氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置而處于定位狀態(tài)。三相交流伺服電動(dòng)機(jī)劃分為永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)和交流異步伺服電動(dòng)機(jī)。永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)和交流異步伺服電動(dòng)機(jī)相比較，有以下特點(diǎn)：(1)永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的造價(jià)要比交流異步伺服電機(jī)昂貴。（2）永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子使用永磁材料，所以容量通常限制在5.5KW以

7、下，容量再增大就有困難。而交流異步伺服電動(dòng)機(jī)就沒(méi)有容量限制這方面的問(wèn)題。（3）永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)當(dāng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到一定時(shí)，會(huì)使永磁體退磁，而交流異步伺服電動(dòng)機(jī)不存在這現(xiàn)象。（4）永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上有永磁體，所以當(dāng)電動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)，永磁體有脫落的危險(xiǎn)。（5）永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子使用永磁體構(gòu)成，所以在運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子不產(chǎn)生熱量，而三相交流異步伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子則會(huì)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的熱，所以在發(fā)熱狀況方面，永磁同步伺服機(jī)要比交流異步伺服電機(jī)優(yōu)越。1.2 課題意義及主要工作作為專(zhuān)科學(xué)校的課題設(shè)計(jì)報(bào)告，事實(shí)上無(wú)實(shí)際利用價(jià)值。但從可課題設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)到許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)及見(jiàn)識(shí)一些其他學(xué)科的內(nèi)容。了解到電氣行業(yè)的發(fā)展

8、，這對(duì)于一個(gè)馬上要畢業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)十分的重要。本次課題設(shè)計(jì)主要講了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、控制原理及應(yīng)用。本次課題設(shè)計(jì)的主要工作主要是續(xù)寫(xiě)電機(jī)的基本知識(shí)。使自己進(jìn)一步了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、控制原理及應(yīng)用。第2章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的電磁機(jī)械裝置，由于所用電源是脈沖電源，所以也稱為脈沖馬達(dá)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種特殊的電動(dòng)機(jī)，一般電動(dòng)機(jī)通電后連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則跟隨輸人脈沖按節(jié)拍一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)。每施加一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，稱為一步，每一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度叫做步距角。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量和輸人脈沖的個(gè)數(shù)成正比，在時(shí)間上與輸人脈

9、沖同步，因此，只需控制輸人脈沖的數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向。無(wú)脈沖輸入時(shí)，在繞組電源激勵(lì)下，氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置而處于定位狀態(tài)。2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)2.1.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)繁多，有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的、直線運(yùn)動(dòng)的和平面運(yùn)動(dòng)的。按作用原理分，步進(jìn)電機(jī)有反應(yīng)式(磁阻式)、感應(yīng)子式、永磁式和混合式四大類(lèi)。按輸出功率和使用場(chǎng)合分類(lèi)，分為功率步進(jìn)電機(jī)和控制步進(jìn)電機(jī)。按定子數(shù)目可分為單段定子式(徑向式)與多段定子式(軸向式)。按相數(shù)可分為兩相、三相、四相、五相、六相等。2.1.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)各種步進(jìn)電機(jī)都有定子和轉(zhuǎn)子，但因類(lèi)型

10、不同，結(jié)構(gòu)也不完全一樣。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖35所示，它由定子1、定子繞組2和轉(zhuǎn)子3組成。圖35(a)所示為三相單定子徑向分相式反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，定子上有6個(gè)均布的磁極，在直徑相對(duì)的兩個(gè)極上的線圈串聯(lián)，構(gòu)成了一相控制繞組；每個(gè)定子極上均布一定數(shù)目的齒，齒槽距相等，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，只有均布一定數(shù)目的齒，齒槽等寬。圖35(b)所示為五相多定子軸向分相式反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，它的定子軸向排列，定子和轉(zhuǎn)子鐵心都成五段，每段一相，依次錯(cuò)開(kāi)排列，每相是獨(dú)立的，這就是五相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 (a)三相單定子徑向分相式 (b)五相多定子軸向分相式圖1 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)1定子；2定子繞組；

11、3轉(zhuǎn)子感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)分為勵(lì)磁式和永磁式兩種。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，其定子轉(zhuǎn)子鐵心的磁場(chǎng)和齒槽均一樣，兩者的差別是感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)存在軸向恒定磁場(chǎng)。勵(lì)磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)是靠轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)；永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由一段環(huán)形磁鋼(在轉(zhuǎn)子中部)和二段鐵心(在環(huán)形磁鋼的兩端)，軸向充磁，建立軸向磁場(chǎng)。軸向磁場(chǎng)可以改善步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，發(fā)展趨勢(shì)將取代反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，定子為軟磁材料，其上有勵(lì)磁繞組。該種電機(jī)有多種結(jié)構(gòu)形式，常用形式有爪極式和隱極式。爪極式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)一般采用二相或四相繞組；隱極式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一樣

12、，有二、三、四、五相等多種繞組?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理兼有反應(yīng)式和永磁式兩種電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，由于轉(zhuǎn)子上有磁鋼，因此產(chǎn)生同樣大小的轉(zhuǎn)矩，需要的勵(lì)磁電流大大減??；同時(shí)它還具有步距角小，起動(dòng)和運(yùn)行頻率高，不通電時(shí)有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)，在小型、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中被廣泛應(yīng)用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用作執(zhí)行元件具有以下優(yōu)點(diǎn)：角位移輸出與輸入的脈沖數(shù)相對(duì)應(yīng)，每轉(zhuǎn)一周都有固定步數(shù)，在不丟步的情況下運(yùn)行，步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累，同時(shí)在負(fù)載能力范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速僅與脈沖頻率高低有關(guān)，不受電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化的影響，也不受環(huán)境條件如溫度、氣壓、沖擊和振動(dòng)等影響，因而可組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而精度高的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。有的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在停機(jī)后某相繞

13、組保持通電狀態(tài)，即具有自鎖能力，停止迅速，不需外加機(jī)械制動(dòng)裝置。此外，步距角能在很大的范圍內(nèi)變化、例如從幾分到幾十度，適合不同傳動(dòng)裝置的要求，且在小步距角的情況下，可以不經(jīng)減速器而獲得低速運(yùn)行，當(dāng)采用了速度和位置檢測(cè)裝置后也可用于閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中。2.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理、主要參數(shù)及特性2.2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理下面以圖36所示的反應(yīng)式三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例，來(lái)說(shuō)明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理。定子上有6個(gè)磁極，分成A、B、C三相，每個(gè)磁極上繞有勵(lì)磁繞組，按串聯(lián)（或并聯(lián)）方式聯(lián)接，使電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向一致，轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，它是由帶齒的鐵心做成的，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理與電磁鐵相似：當(dāng)定子繞組按順序輪

14、流通電時(shí)，A、B、C三對(duì)磁極就依次產(chǎn)生磁場(chǎng)，每次對(duì)轉(zhuǎn)子的某一對(duì)齒產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使它一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。每當(dāng)轉(zhuǎn)子某一對(duì)齒的中心線與定子磁極中心線對(duì)齊時(shí)，磁阻最小，轉(zhuǎn)矩為零，每次就在此時(shí)按一定方向切換定子繞組各相電流，使轉(zhuǎn)子按一定方向一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2反應(yīng)式三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理圖當(dāng)A相通電時(shí)，B相和C相都不通電，由于磁通總是沿著磁阻最小的路徑通過(guò)，使轉(zhuǎn)子的1、3齒與定子A相的兩個(gè)磁極齒對(duì)齊，此時(shí)，因轉(zhuǎn)子只受到徑向力而無(wú)切向力，故轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子被鎖定在該位置上；隨后A相斷電，B相通電，轉(zhuǎn)子受電磁力的作用，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使2、4齒與B相磁極齒對(duì)齊；若使B相斷電，C相通電，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)，使1、3齒與C轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)，使1

15、、3齒與C相磁極齒對(duì)齊；當(dāng)C相斷電，A相再次通電時(shí)，2、4齒與A相磁極齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò)。依此類(lèi)推，形成步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)。2.2.2主要參數(shù)及特性步進(jìn)電機(jī)主要評(píng)價(jià)參數(shù)有步距角、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與頻率、最高運(yùn)行頻率等。(1) 步距角步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度，它反映了步進(jìn)電機(jī)的分辨能力，決定步進(jìn)式伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)。步距角一般由定子相數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和通電方式?jīng)Q定，即式中，m為步進(jìn)電機(jī)定子相數(shù)；z為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)；k為通電方式，相鄰兩次通電的相數(shù)一樣，則k1；反之單雙相輪流通電，k2。步距角一般有，等數(shù)十種，其中，用得較多。步距精度是指

16、實(shí)測(cè)的步距角與理論的步距角之差，也稱為步距誤差。目前國(guó)產(chǎn)控制步進(jìn)電機(jī)的步距精度為，精度較高的可達(dá)，功率步進(jìn)電機(jī)的步距精度為。(2) 啟動(dòng)頻率空載時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動(dòng)，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行的最高頻率，稱為啟動(dòng)頻率或突調(diào)頻率。加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的指令脈沖頻率如果大于啟動(dòng)頻率，就不能正常工作。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在帶負(fù)載(尤其是慣性負(fù)載)下的啟動(dòng)頻率比空載要低，而且隨著負(fù)載加大，啟動(dòng)頻率會(huì)進(jìn)一步降低。(3) 連續(xù)運(yùn)行頻率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)以后，其運(yùn)行速度能跟蹤指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率，稱為連續(xù)運(yùn)行頻率。連續(xù)運(yùn)行頻率遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率，且隨著電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的性質(zhì)、大小而異，也與驅(qū)動(dòng)電源有較大

17、關(guān)系。(4) 靜態(tài)矩角特性當(dāng)步進(jìn)電機(jī)不改變通電狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子處在不動(dòng)狀態(tài)，如果在電動(dòng)機(jī)軸上加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩(靜態(tài)轉(zhuǎn)矩)，定子與轉(zhuǎn)子就產(chǎn)生一個(gè)角位移(失調(diào)角)，描述靜態(tài)時(shí)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系稱為矩角特性，如圖37(a)所示。該特性上電磁轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。在靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，當(dāng)外加轉(zhuǎn)矩除去時(shí)，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩作用下仍能回到穩(wěn)定平衡點(diǎn)位置。(5) 矩頻特性與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩頻特性描述的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩與頻率的關(guān)系，如圖37(b)所示。該特性曲線上每一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，一般情況下，隨著運(yùn)行頻率的增高，輸出力矩下降，到某一頻率后，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出力矩已變得很小，帶不

18、動(dòng)負(fù)載或受到一個(gè)很小的干擾，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生振蕩、失步或停轉(zhuǎn)。因此，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的大小直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能及帶負(fù)載的能力。(6) 加減速特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速特性是描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過(guò)程中，定于繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時(shí)間的關(guān)系，如圖37(c)所示。當(dāng)要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)到大于突跳頻率的工作頻率時(shí)，變化速度必須逐漸上升；同樣從最高工作頻率或高于突跳頻率的工作頻率到停止時(shí)，變化速度必須逐漸下降。逐漸上升和逐漸下降的加、減速時(shí)間不能過(guò)小，否則會(huì)產(chǎn)生失步或起步。圖3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線2.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有上述特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在機(jī)械、

19、治金、電力、紡織、電信、電子、儀表、化工、輕工、辦公自動(dòng)化設(shè)備、醫(yī)療、印刷以及航空航天、船舶、兵器、核工業(yè)等國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域。例如機(jī)械行業(yè)中, 在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用, 可以算是典型的例子?？梢哉f(shuō)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的核心。而由步進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制, 使得改變加工對(duì)象快捷、系統(tǒng)調(diào)試方便、工作可靠、成本較低的數(shù)控機(jī)床成為當(dāng)前機(jī)床發(fā)展的主要方向之一。其它行業(yè)中應(yīng)用實(shí)例有如: 印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、梭織機(jī)、電腦繡花機(jī)、鐘表、戶外自動(dòng)廣告牌、自動(dòng)移靶機(jī)、計(jì)算機(jī)外設(shè)、自動(dòng)繪圖儀、吸脂機(jī)等。第3章 三相交流伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī).是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，

20、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 交流伺服電機(jī)是無(wú)刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。 3.1交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 三相交流伺服電動(dòng)機(jī)的定子繞組和單相異步電動(dòng)機(jī)相似，它的定子上裝有兩個(gè)在空間相差90°電角度的繞組，即勵(lì)磁繞組和控制繞組。運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁繞組始終加上一定的交流勵(lì)磁電壓，控制繞組上則加大

21、小或相位隨信號(hào)變化的控制電壓。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式籠型轉(zhuǎn)子和空心杯型轉(zhuǎn)子兩種?；\型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與一般籠型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相同，但轉(zhuǎn)子做的細(xì)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體用高電阻率的材料作成。其目的是為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)輸入信號(hào)的快速反應(yīng)和克服自轉(zhuǎn)現(xiàn)象?？招谋无D(zhuǎn)子交流伺服電動(dòng)機(jī)的定子分為外定子和內(nèi)定子兩部分。外定子的結(jié)構(gòu)與籠型交流伺服電動(dòng)機(jī)的定子相同，鐵心槽內(nèi)放有兩相繞組?？招谋无D(zhuǎn)子由導(dǎo)電的非磁性材料（如鋁）做成薄壁筒形，放在內(nèi)、外定子之間。杯子底部固定于轉(zhuǎn)軸上，杯臂薄而輕，厚度一般在0.20.8mm，因而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)作快且靈敏。圖4  三相交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 圖5 交流伺服電動(dòng)機(jī)原理圖

22、3.2交流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理3.2.1交流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理和單相異步電動(dòng)機(jī)相似，LL是有固定電壓勵(lì)磁的勵(lì)磁繞組，LK是有伺服放大器供電的控制繞組，兩相繞組在空間相差90°電角度。如果IL與Ik 的相位差為90°，而兩相繞組的磁動(dòng)勢(shì)幅值又相等，這種狀態(tài)稱為對(duì)稱狀態(tài)。與單相異步電動(dòng)機(jī)一樣，這時(shí)在氣隙中產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)為一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對(duì)切割，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。如果改變加在控制繞組上的電流的大小或相位差，就破壞了對(duì)稱狀態(tài)，使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)減弱，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。電機(jī)的工作狀態(tài)

23、越不對(duì)稱，總電磁轉(zhuǎn)矩就越小，當(dāng)除去控制繞組上信號(hào)電壓以后，電動(dòng)機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這是交流伺服電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行上與普通異步電動(dòng)機(jī)的區(qū)別。           3.2.2交流伺服電動(dòng)機(jī)有以下三種轉(zhuǎn)速控制方式（1）幅值控制   控制電流與勵(lì)磁電流的相位差保持90°不變，改變控制電壓的大小。（2） 相位控制  控制電壓與勵(lì)磁電壓的大小，保持額定值不變，改變控制電壓的相位。（3）幅值相位控制  同時(shí)改變控制電壓幅值和相位。交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向隨控制電壓相位的

24、反相而改變。3.3三相交流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用 伺服電動(dòng)機(jī)的工作特性是以機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性為表征。在控制電壓一定時(shí)，負(fù)載增加，轉(zhuǎn)速下降；它的調(diào)節(jié)特性是在負(fù)載一定時(shí)，控制電壓越高，轉(zhuǎn)速也越高。伺服電動(dòng)機(jī)有三個(gè)顯著特點(diǎn)：（1）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻很大，可使臨界轉(zhuǎn)差率，定子一加上控制電壓，轉(zhuǎn)子立即啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)（2）運(yùn)行范圍寬在轉(zhuǎn)差率從到的范圍內(nèi)都能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)（3）無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象控制信號(hào)消失后，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)不停的現(xiàn)象稱自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象破壞了伺服性，顯然要避免正常運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電動(dòng)機(jī)只要失去控制電壓后，伺服電動(dòng)機(jī)就處于單相運(yùn)行狀態(tài)。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻足夠大，使得總電磁轉(zhuǎn)矩始終是制動(dòng)性的轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)失去（控制電壓），產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為負(fù)（）。而反轉(zhuǎn)時(shí)失去UK，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正（1S2時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可以自行制動(dòng)，迅速停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這也是交流伺服電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)的重要區(qū)別。交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100 W，電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用在各種自動(dòng)控制、自