第7章 交流伺服电动机

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1、第7章交流伺服电动机(Chapter7ACservomotor)7.1概述功率从几瓦到几十瓦的交流伺服电动机在小功率随动系统中得到非常广泛的应用。与直流伺服电动机一样，交流伺服电动机在自动控制系统中也常被用来作为执行元件。如图7-1所示，伺服电动机的轴上带有被控制的机械负载(由于电动机转速较高，一般均通过减速齿轮再与负载相连接)，在电机绕组的两端施加控制电信号Uk。当要求负载转动的电信号Uk一旦加到电动机的绕组上时，伺服电动机就要立刻带动负载以一定的转速转动；而当Uk为0时，电动机应立刻停止不动。U

2、k大，电动机就转得快；Uk小，电动机就转得慢；当Uk反相时，电动机要随之反转。所以，伺服电动机是将控制电信号快速地转换为转轴转动的一个执行元件。1—交流伺服电动机；2—减速齿轮；3—机械负载轴图7-1交流伺服电动机的功用由于交流伺服电动机在控制系统中主要作为执行元件，自动控制系统对它提出的要求主要有下列几点：(1)转速和转向应方便地受控制信号的控制，调速范围要大；(2)整个运行范围内的特性应具有线性关系，保证运行的稳定性；(3)当控制信号消除时，伺服电动机应立即停转，也就是要求伺服电动机无“自转”

3、现象；(4)控制功率要小，起动转矩应大；(5)机电时间常数要小，始动电压要低。当控制信号变化时，反应应快速灵敏。7.2交流伺服电动机结构特点和工作原理7.2.1结构特点图7-3鼠笼形转子交流伺服电动机图7-2两相绕组分布图图7-4转子冲片图7-5鼠笼式电机(squirrel-cagemotor)（sheetofsiliconsteel）转子绕组1—杯形转子；2—外定子；3—内定子；4—机壳；5—端盖图7-6杯形转子伺服电动机7.2.2工作原理图7-9伺服电动机工作原理图7-10鼠笼转子的转向7.3

4、两相绕组的圆形旋转磁场图7-8电气原理图图7-11两相对称电流两相对称绕组中流过两相对称电流图7–11两相对称的脉振磁场图7-12两相绕组产生的圆形旋转磁场(a)t=t1;(b)t=t2;(c)t=t3;(d)t=t4t=t1时Bf=0B=Bk=Bmt=t2时Bk=0B=Bf=Bmt=t3时Bf=0B=Bk=Bmt=t3时Bk=0B=Bf=BmBmk=Bmf=Bm综上所述，可以这样认为：在两相系统里，如果有两个脉振磁通密度，它们的轴线在空间相夹90°电角度，脉振的时间相位差为90°，其脉振的幅值

5、又相等，那末这样两个脉振磁场的合成必然是一个圆形旋转磁场。两相绕组匝数不等，设匝数比为只要两个脉振磁场的磁势幅值相等，即Ffm=Fkm，它们所产生的两个磁通密度的脉振幅值就相等，因而这两个脉振磁场合成的磁场也必然是圆形旋转磁场。由于磁势幅值那么即7.3.2旋转磁场的转向7.3.3旋转磁场的转速图7–18四极电机的绕组图7-19四极电机的旋转磁场(a)t=t1;(b)t=t2;(c)t=t3;(d)t=t47.3.4小结下面把这一节中关于旋转磁场的主要内容作简单小结：(1)单相绕组通入单相交流电后

6、，所产生的是一个脉振磁场。(2)圆形旋转磁场的特点是：它的磁通密度在空间按正弦规律分布，其幅值不变并以恒定的速度在空间旋转。(3)两相对称绕组通入两相对称电流就能产生圆形旋转磁场；或者说，空间上相夹90°电角度，时间上彼此有90°相位差，幅值又相等的两个脉振磁场必然形成圆形旋转磁场。(4)旋转磁场的转向是从超前相的绕组轴线(此绕组中流有相位上超前的电流)转到落后相的绕组轴线。把两相绕组中任意一相绕组上所加的电压反相(即相位改变180°)，就可以改变旋转磁场的转向。(5)旋转磁场的转速称为同步速，只与

7、电机极数和电源频率有关，其关系为7.6椭圆形旋转磁场及其分析方法以上分析了交流伺服电动机在圆形旋转磁场作用下的运行情况，这时电机处于对称状态，加在定子两相绕组上的电压都是额定值。但这只是交流伺服电动机运行中的一种特殊状态，交流伺服电动机在系统中工作时，为了对它的转速进行控制，加在控制绕组上的控制电压是在变化的，经常不等于其额定值，电机也经常处于不对称状态。下面就来分析电机处于这种不对称状态下的磁场及其特性。7.6.1椭圆形旋转磁场的形成由于交流伺服电动机在运行过程中控制电压经常在变化，因此两相绕组所

8、产生的磁势幅值一般是不相等的，即IkWk≠IfWf，这样代表两个脉振磁场的磁通密度向量幅值也不相等，即Bkm≠Bfm，而且通入两个绕组中的电流在时间上相位差也不总是90°，这时在电机中产生的是怎样的磁场呢?首先分析通入绕组中的两相电流相位差为90°，两个绕组所产生的磁势幅值不等时的情形。图7-31椭圆磁场时磁通密度向量长度的变化图7-32椭圆磁场的形成(a)t=t0，t3,t6;(b)t=t1,t4；(c)t=t2,t5图7–33椭圆磁场α的值决定了磁场椭圆的程度，图