《交流伺服电动机》PPT课件

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1、第7章交流伺服电动机7.1概述7.2交流伺服电动机结构特点7.3椭圆形旋转磁场7.4交流伺服电机的控制方式7.5交流伺服电动机与直流伺服电机性能比较7.6永磁式同步伺服电机7.1概述1、交流伺服电机的工作原理伺服电机内部的转子是永磁铁（采用表面永磁体结构，永磁磁极通常用胶粘在转子磁轭表面），驱动器控制的定子励磁绕组部分U/V/W三相电或单相电（交流伺服电机通常都是单相异步电动机）形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的

2、精度决定于编码器的精度（线数）。2、交流伺服电机分类长期以来，在要求调速性能较高的场合，一直占据主导地位的是应用直流电动机的调速系统。但直流电动机都存在一些固有的缺点：电刷和换向器易磨损，需经常维护；换向器换向时会产生火花，使电动机的最高速度受到限制，也使应用环境受到限制；而且直流电动机结构复杂，制造困难，所用钢铁材料消耗大，制造成本高。而交流电动机，特别是鼠笼式感应电动机没有上述缺点，且转子惯量较直流电机小，使得动态响应更好。此外，交流电动机的容量可达到更高的电压和转速。现代数控机床都倾向采用交流伺服驱动，交流伺服

3、驱动已有取代直流伺服驱动之势。（1）．异步型交流伺服电动机异步型交流伺服电动机指的是交流感应电动机。它有三相和单相之分，也有鼠笼式和线绕式，通常多用鼠笼式三相感应电动机。其结构简单，与同容量的直流电动机相比，质量轻1/2，价格仅为直流电动机的1/3。缺点是不能经济地实现范围很广的平滑调速，必须从电网吸收滞后的励磁电流。因而令电网功率因数变坏。（2）．同步型交流伺服电动机　　同步型交流伺服电动机虽较感应电动机复杂，但比直流电动机简单。它的定子与三相感应电动机一样，都在定子上装有对称三相绕组。而转子却不同，按不同的转子

4、结构又分电磁式及非电磁式两大类。非电磁式又分为磁滞式、永磁式和反应式多种。数控机床中多用永磁式同步电动机。与电磁式相比，永磁式优点是结构简单、运行可靠、效率较高；缺点是体积大、启动特性欠佳。但永磁式同步电动机采用高剩磁感应，高矫顽力的稀土类磁铁后，可比直流电动外形尺寸约小1/2，质量减轻60﹪，转子惯量减到直流电动机的1/5。它与异步电动机相比，由于采用了永磁铁励磁，消除了励磁损耗及有关的杂散损耗，所以效率高。又因为没有电磁式同步电动机所需的集电环和电刷等，其机械可靠性与感应（异步）电动机相同，而功率因数却大大高于异

5、步电动机，从而使永磁同步电动机的体积比异步电动机小些。这是因为感应（异步）电动机由于功率因数低，输出同样的有功功率时，它的视在功率却要大得多，而电动机主要尺寸是据视在功率而定的。7.2两相交流伺服电动机结构特点交流伺服电动机的结构主要可分为两大部分，即定子部分和转子部分。其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同，在定子铁心中也安放着空间互成90°电角度的两相绕组，如图7-2所示。其中l1-l2称为励磁绕组，k1-k2称为控制绕组，所以交流伺服电动机是一种“两相”的交流电动机。1—定子绕组；2—定子铁心；3—鼠笼转子

6、图7-2两相绕组分布图图7-3鼠笼形转子交流伺服电动机7.3交流伺服电机的椭圆形旋转磁场交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场（磁场强度有规律变化而磁场方向不发生变化的磁场）。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速，向

7、相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号，控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下，电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等（与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大，与原转向相反的反转磁场小），但以相同的速度，向相反的方向旋转。它们切割转

8、子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来，随着信号的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变控制电压的相位，即移相180度，旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方