第3章-交流伺服電動(dòng)機(jī)

直流伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中的作用直流伺服電動(dòng)機(jī)分類(lèi)、控制方式直流伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性曲線直流伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性?xún)蓚€(gè)過(guò)程分析分類(lèi)交流異步

永磁式交流同步

磁阻式

磁滯式

交流伺服電動(dòng)機(jī)交流異步伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)：兩相交流異步電機(jī)。定子：勵(lì)磁繞組和控制繞組。勵(lì)磁繞組控制繞組杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)定子交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理兩相異步電機(jī)

定子：相距90度的繞組，控制繞組和勵(lì)磁繞組。交流異步伺服電動(dòng)機(jī)工作原理：與普通兩相異步電機(jī)的相似之處：對(duì)稱(chēng)繞組，圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。區(qū)別：執(zhí)行元件。要求：

(1)轉(zhuǎn)子速度的快慢能反應(yīng)控制信號(hào)的強(qiáng)弱，轉(zhuǎn)動(dòng)方向能反應(yīng)控制信號(hào)的相位，調(diào)速范圍要寬；（2）無(wú)控制信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)子不能轉(zhuǎn)動(dòng)；（3）當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)以后，如控制信號(hào)消失，應(yīng)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)；（4）為減小體積和重量，一般采用400、500或1000Hz。交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理放大器檢測(cè)元件控制信號(hào)+–+–控制繞組勵(lì)磁繞組+++–––1交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)如果控制電壓變?yōu)榱?，電?dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)。幅值控制

控制電壓與勵(lì)磁電壓之間保持90度相位差不變，通過(guò)改變控制信號(hào)（電壓）的幅值來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式最不對(duì)稱(chēng)，脈振磁場(chǎng)對(duì)稱(chēng)，圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不對(duì)稱(chēng)，橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定義：為信號(hào)系數(shù)，則：相位控制控制電壓的幅值保持不變，通過(guò)改變控制電壓對(duì)勵(lì)磁電壓的相角來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式由于與勵(lì)磁電壓相差90度的電壓為：所以信號(hào)系數(shù)定義為：脈振磁場(chǎng)橢圓形磁場(chǎng)圓形磁場(chǎng)幅值相位控制（電容控制）

勵(lì)磁回路串聯(lián)電容交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式當(dāng)改變控制電壓的幅值以改變轉(zhuǎn)速時(shí)，由于轉(zhuǎn)子繞組的耦合作用，勵(lì)磁電流If的大小和相位都會(huì)改變，致使勵(lì)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交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式幅值控制時(shí)的機(jī)械特性幅值控制時(shí)的調(diào)節(jié)特性1.幅值控制時(shí)的靜態(tài)特性交流伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性2.相位控制時(shí)的靜態(tài)特性相位控制時(shí)的機(jī)械特性相位控制時(shí)的調(diào)節(jié)特性交流伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性3.電容控制時(shí)的靜態(tài)特性

定義獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)信號(hào)系數(shù)為a0，為使伺服電機(jī)有較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)在起動(dòng)時(shí)獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，起動(dòng)后為橢圓形磁場(chǎng)，故電容控制時(shí)電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速都低于同步轉(zhuǎn)速。電容控制時(shí)的機(jī)械特性電容控制時(shí)的調(diào)節(jié)特性交流伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性

交流同步伺服電動(dòng)機(jī)分為永磁式、磁阻式和磁滯式三種。共同特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子上沒(méi)有勵(lì)磁繞組，取消了電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)和電刷。3.4.1永磁同步電動(dòng)機(jī)一、概述

世界上第一臺(tái)電機(jī)就是永磁電機(jī)，體積很大，笨重，為電勵(lì)磁式電機(jī)所取代。第三代稀土永磁材料釹鐵硼（NdFeB）的問(wèn)世，給永磁電機(jī)的研究和開(kāi)發(fā)帶來(lái)了新的活力。

永磁同步電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：高效節(jié)能二、基本結(jié)構(gòu)三、工作原理四、起動(dòng)問(wèn)題當(dāng)由工頻電源直接供電時(shí)，由于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁體磁場(chǎng)之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，不能產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，造成起動(dòng)困難。

造成永磁同步電動(dòng)機(jī)不能直接起動(dòng)的原因可歸結(jié)為：

(1)轉(zhuǎn)子本身一定的慣性；

(2)起動(dòng)瞬間定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間轉(zhuǎn)速相差過(guò)大。

3.4.2磁阻同步電動(dòng)機(jī)

磁阻同步電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)為反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)，這種電機(jī)的轉(zhuǎn)子本身沒(méi)有磁性，只是利用磁場(chǎng)中可移動(dòng)部件企圖使磁路磁阻最小的原理，依靠轉(zhuǎn)子兩個(gè)正交方向磁阻的不同而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這種轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為磁阻轉(zhuǎn)矩或反應(yīng)轉(zhuǎn)矩。磁阻同步電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，獲得了較為廣泛的應(yīng)用。磁阻同步電動(dòng)機(jī)有單相的和三相的，功率從幾瓦到幾百瓦。一、基本結(jié)構(gòu)二、工作原理3.4.3磁滯同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子：硬磁材料，具有比較寬的磁滯回環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大主要應(yīng)用：無(wú)線電通訊、自動(dòng)記錄、傳真及遙控裝置等，其中50W以下小功率的應(yīng)用最為廣泛。一、基本結(jié)構(gòu)二、工作原理性能指標(biāo)空載始動(dòng)電壓Us0在額定勵(lì)磁電壓和空載下，使轉(zhuǎn)子在任意位置開(kāi)始連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的最小控制電壓稱(chēng)為空載始動(dòng)電壓Us0。Us0越小，表示伺服電動(dòng)機(jī)的靈敏度越高。伺服電動(dòng)機(jī)的選用始動(dòng)電壓機(jī)械特性的非線性度Km

在額定勵(lì)磁電壓下，任意控制電壓時(shí)的實(shí)際機(jī)械特性與線性機(jī)械特性在T=Tst/2時(shí)的速度差與空載轉(zhuǎn)速之比百分?jǐn)?shù)。機(jī)械特性非線性度伺服電動(dòng)機(jī)的選用調(diào)節(jié)特性的非線性度K

在額定勵(lì)磁電壓和空載情況下，當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)e為0.7時(shí)，實(shí)際調(diào)節(jié)特性與線性調(diào)節(jié)特性的速度差與空載轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù)。伺服電動(dòng)機(jī)的選用交流伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)用舉例線性電位器輸入端加電壓U1，輸出端電壓為：q放大器伺服電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)q改變此時(shí)交流伺服電動(dòng)機(jī)的選用直流與交流異步伺服電動(dòng)機(jī)的比較交流直流靜態(tài)特性非線性，且理想線性機(jī)械特性也不平行線性且平行效率、體積、重量因?yàn)檗D(zhuǎn)子電阻大，且工作在橢圓磁場(chǎng)下，所以電磁轉(zhuǎn)矩小，損耗大，效率抵體積小，重量輕，效