電機(jī)拖動(dòng)交流電機(jī)

第三章交流電機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)伺服（Servo）源于英文（servant），指電動(dòng)機(jī)能夠忠實(shí)的執(zhí)行指令。伺服電機(jī)能夠通過檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)狀態(tài)，判斷其是否按照指令運(yùn)行?？煞譃橹绷魉欧妱?dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類。伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)(1)寬廣的調(diào)速范圍，機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性。(2)轉(zhuǎn)子慣量小，可實(shí)現(xiàn)急加速、急減速、急停等要求。(3)具備精密的位置、速度、轉(zhuǎn)矩等控制功能。(4)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。所謂自轉(zhuǎn)現(xiàn)象就是轉(zhuǎn)動(dòng)中的伺服電動(dòng)機(jī)在控制電壓為零時(shí)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象；無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象就是控制電壓降到零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)立即自行停轉(zhuǎn)。交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)一般為兩相交流電機(jī)。轉(zhuǎn)子有籠形和杯形兩種。定子為兩相繞組，并在空間相差90°電角度，一個(gè)為勵(lì)磁繞組，另一個(gè)為控制繞組。交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理一、圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)設(shè)兩相對(duì)稱繞組通入兩相電流如下：則產(chǎn)生一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件：兩繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)相等即可，即：NuIu=NvIv若磁勢(shì)不相等，則產(chǎn)生的磁場(chǎng)是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理二、橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分析——分解法1、脈動(dòng)磁場(chǎng)的分解脈動(dòng)磁場(chǎng)可以看做是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的橢圓度大到極端的情況。通過分解法可以把一個(gè)脈動(dòng)磁場(chǎng)分解為兩個(gè)賦值相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的疊加結(jié)果。脈動(dòng)磁場(chǎng)分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的示意圖交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理2、橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分析假設(shè)兩相電流相位差90度，兩相繞組對(duì)稱，而電流幅值不等，則產(chǎn)生一個(gè)橢圓形磁場(chǎng)，設(shè)兩相電流幅值之比為則產(chǎn)生的兩個(gè)磁場(chǎng)可以表示如下：交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理將以上所得磁場(chǎng)進(jìn)行合成：交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理此時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)共同作用于轉(zhuǎn)子上，產(chǎn)生的合成轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)磁場(chǎng)的大小關(guān)系取決于兩相電流的幅值之比。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法1、幅值控制保持Uj不變，改變Uk的幅值以改變轉(zhuǎn)速。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法參與合成的每一條機(jī)械特性曲線：特點(diǎn)：臨界轉(zhuǎn)差率大于1。原因：交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻都很大，導(dǎo)致臨界轉(zhuǎn)差率大于1優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍寬，可消除“自轉(zhuǎn)”。SM1交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法021021SM1M2MM曲線合成結(jié)果：交流伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法以上曲線在第一象限內(nèi)的部分就是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)部分。有效信號(hào)系數(shù)越小，磁場(chǎng)橢圓度越大，反向轉(zhuǎn)矩越大，合成轉(zhuǎn)矩在第一象限內(nèi)的值就越小。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法調(diào)節(jié)特性：當(dāng)轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，控制電壓與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。（在機(jī)械特性曲線中，平行n軸做多條直線（M=C），將直線與曲線交點(diǎn)坐標(biāo)在調(diào)節(jié)特性曲線坐標(biāo)系中標(biāo)出并連成線既得調(diào)節(jié)特性曲線。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法（3)控制信號(hào)為0時(shí)的機(jī)械特性和“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象自轉(zhuǎn)：伺服電動(dòng)機(jī)在控制信號(hào)消失后仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的失控現(xiàn)象稱為“自轉(zhuǎn)”。顯然,我們需要的是當(dāng)控制信號(hào)為零時(shí),轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也為零,此時(shí)，只要轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向和電磁轉(zhuǎn)矩的方向相反,就可以實(shí)現(xiàn)此目的。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法使電機(jī)制動(dòng)到停止，從而消除“自轉(zhuǎn)”增加轉(zhuǎn)子電阻，使正向磁場(chǎng)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的Sm+≥1，使正向旋轉(zhuǎn)的電機(jī)在控制電壓消失后的電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)值，即為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)制動(dòng)到停止；若電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，則在控制電壓消失后的電磁轉(zhuǎn)矩為正值，也為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法2、相位控制通過改變Uk與Uj之間的相位差來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，幅值保持不變。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法UkUjUksin改變相位差即可改變控制電壓中與激磁電壓垂直分量的大小，此時(shí)與幅值控制效果相同。注意：由于控制電壓還有一個(gè)分量與激磁電壓平行，互相增強(qiáng)，所以對(duì)于同樣的負(fù)載，當(dāng)幅值控制與相位控制控制系數(shù)相同時(shí)，相位控制可以輸出相對(duì)更大的轉(zhuǎn)速。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法3、幅相控制幅值-相位控制是指對(duì)幅值和相位差都進(jìn)行控制，通過改變控制電壓的幅值及控制電壓與勵(lì)磁電壓的相位差來控制伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制模式速度模式、位置模式、轉(zhuǎn)矩模式轉(zhuǎn)矩模式：控制電機(jī)對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩大小。應(yīng)用在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。如繞線、收放卷、材料拉伸等。位置模式：控制電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的角度。一般通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)速的大小，通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。一般用于定位裝置，如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械、焊接機(jī)械等。速度模式：控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)就是指用單相交流電源供電的異步電動(dòng)機(jī)。單相異步電動(dòng)機(jī)因其電源的方便而在家用電器、醫(yī)療器械以及工具中廣泛使用。單相異步電動(dòng)機(jī)基本工作原理單相異步電動(dòng)機(jī)單繞組通電后產(chǎn)生的脈振磁場(chǎng)，可以分解為正、反向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。因此，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的合成。由于兩磁場(chǎng)對(duì)稱，所以合成轉(zhuǎn)矩必過原點(diǎn)，且機(jī)械特性曲線關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱。單相異步電動(dòng)機(jī)基本工作原理單相異步電動(dòng)機(jī)基本工作原理機(jī)械特性具有下列特點(diǎn)：(1)當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，n=0，T+=T?，T=0，表明單相異步電動(dòng)機(jī)一相繞組通電時(shí)無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，不能自行起動(dòng)。(2)旋轉(zhuǎn)方向不固定時(shí)，由外力矩確定旋轉(zhuǎn)方向，并一經(jīng)起動(dòng)，就會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)n＞0，T＞0時(shí)機(jī)械特性在第一象限，電磁轉(zhuǎn)矩屬拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行。當(dāng)n＜0，T＜0時(shí)機(jī)械特性在第二象限，T仍是拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行。單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法單相異步電動(dòng)機(jī)不能自行起動(dòng)，必須設(shè)法使其起動(dòng)。因?yàn)閮上嗬@組通以相位不同的電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以起動(dòng)電機(jī)所以，單相電機(jī)起動(dòng)方法：設(shè)法產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。根據(jù)獲得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方式的不同，主要分為分相電動(dòng)機(jī)和罩極電動(dòng)機(jī)。單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法分相式單相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的必要條件為：(1)定子具有空間不同相位的兩套繞組；(2)兩套繞組中通入不同相位的交流電流。單相分相式異步電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)方法分為以下幾類：1)單相電阻分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)單相電阻分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的定子上嵌放兩個(gè)繞組。兩個(gè)繞組接在同一單相電源上，副繞組(輔助繞組)中串一個(gè)離心開關(guān)。開關(guān)作用是當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到80%的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，斷開副繞組使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在只有主繞組工作的情況下。單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法通常，主繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線粗，副繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線細(xì)，并可以通過改變主或者副繞組通電極性改變轉(zhuǎn)向。單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法2)單相電容分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法當(dāng)副繞組中串聯(lián)一個(gè)電容器和一個(gè)開關(guān)時(shí)，如果電容器容量選擇適當(dāng)，則可以在起動(dòng)時(shí)通過副繞組的電流在時(shí)間和相位上超前主繞組電流90°電角，這樣在起動(dòng)時(shí)就可以得到一個(gè)接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而有較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后轉(zhuǎn)速達(dá)到75%～85%同步轉(zhuǎn)速時(shí)副繞組通過開關(guān)自動(dòng)斷開，主繞組進(jìn)入單獨(dú)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法3)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)若單相異步電動(dòng)機(jī)輔助繞組不僅在起動(dòng)時(shí)起作用，而且在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中也長(zhǎng)期工作，則這種電動(dòng)機(jī)稱為單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)。單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)兩相異步電動(dòng)機(jī)，其定子繞組產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)較接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。因此，其運(yùn)行性能較好，功率因數(shù)、過載能力比普通單相分相式異步電動(dòng)機(jī)好。單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法2.單相罩極式(磁通分相式)異步電動(dòng)機(jī)單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有凸極式和隱極式兩種，其中以凸極式結(jié)構(gòu)最為常見。凸極式異步電動(dòng)機(jī)定子做成凸極鐵心，然后在凸極鐵心上安裝集中繞組，組成磁極，在每個(gè)磁極1/3～1/4處開一個(gè)小槽，槽中嵌放短路環(huán)，將小部分鐵心罩住。轉(zhuǎn)子均采用籠型結(jié)構(gòu)。單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法罩極式異步電動(dòng)機(jī)當(dāng)定子繞組通入正弦交流電后，將產(chǎn)生交變磁通Φ，其中一部分磁通ΦU不穿過短路環(huán)，另一部分磁通ΦV穿過短路環(huán)，由于短路環(huán)作用，當(dāng)穿過短路環(huán)的磁通發(fā)生變化時(shí)，短路環(huán)必然產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流總是阻礙磁通變化，這就使穿過短路環(huán)部分的磁通ΦV滯后未罩部分的磁通ΦU，使磁場(chǎng)中心線發(fā)生