无刷永磁伺服电动机

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1、第3章无刷永磁伺服电动机3.1概述3.2无刷直流电动机3.3正弦波永磁同步电动机及其矢量控制伺服驱动系统3.4无刷永磁伺服电动机与三相感应伺服电动机的比较3.1概述3.1.1无刷永磁伺服电动机的基本结构3.1.2无刷永磁电动机伺服系统的组成3.1.3无刷永磁伺服电动机的分类3.1.1无刷永磁伺服电动机的基本结构无刷永磁伺服电动机也称为交流永磁伺服电动机，通常是指由永磁电动机和相应驱动、控制系统组成的无刷永磁电动机伺服系统，其本质上是一种自控变频同步电动机系统，有时也仅指永磁电动机本体。无刷永磁伺服电动机就电动机本体而言是一种采用永磁体励磁的多相同步电动机，定子结构与普通同步

2、电动机或感应电动机基本相同，转子方面则由永磁体取代了电励磁同步电动机的转子励磁绕组。转子结构的三种基本形式：转子结构是无刷永磁伺服电动机与其它电机最主要的区别，对其运行性能、控制系统、制造工艺和适用场合等均具有重要影响。按照永磁体在转子上位置的不同，无刷永磁伺服电动机的转子结构一般可分为表面式（凸装式）、嵌入式和内置式三种基本形式。3.1.1无刷永磁伺服电动机的基本结构表面式转子：典型结构如图3-1a）所示，永磁体通常呈瓦片形，通过环氧树脂直接粘贴在转子铁心表面上。在体积和功率较小的无刷永磁伺服电动机中，也可以采用圆环形永磁体，如图3-1b）所示，永磁体为一整体的圆环，该结

3、构的转子制造工艺性较好。图3-1表面式转子结构b）永磁体为圆环形a）永磁体为瓦片形3.1.1无刷永磁伺服电动机的基本结构嵌入式转子：结构如图3-2所示，永磁体嵌装在转子铁心表面的槽中。图3-2嵌入式转子结构对于高速运行的伺服电动机，采用表面式或嵌入式时，为了防止离心力的破坏，常需在其外表面再套一非磁性金属套筒或包以无纬玻璃丝带作为保护层。3.1.1无刷永磁伺服电动机的基本结构内置式转子：永磁体不是装在转子表面上，而是位于转子铁心内部，可能的几何形状有多种，图3-3给出了两种典型结构。图3-3a）所示转子结构中永磁体为径向充磁，在图3-3b）所示转子结构中永磁体为横向充磁。a

4、）永磁体径向充磁b）永磁体横向充磁图3-3内置式转子结构3.1.1无刷永磁伺服电动机的基本结构当电动机极数较多时，径向充磁结构受到永磁体供磁面积的限制，不能提供足够的每极磁通，而横向充磁结构由于相邻磁极表面极性相同，每个极距下的磁通由相邻两个磁极并联提供，可得到更大的每极磁通。横向充磁结构的不足之处是漏磁系数较大，且转轴上需采取适当的隔磁措施，如采用非磁性转轴或在转轴上加非磁性隔磁衬套，使制造成本增加，制造工艺变得复杂。三种转子结构的比较表面式的特点：表面式结构的电机交、直轴电感相等，是一种隐极式同步电动机；由于有效气隙较大，绕组电感低，有利于改善电机的动态性能；可使转子做

5、的直径小，惯量低。因此许多无刷永磁伺服电动机都采用这种结构。3.1.1无刷永磁伺服电动机的基本结构嵌入式和内置式的特点：交、直轴磁路磁阻是不相等的。内置式转子的交、直轴磁路如图3-4所示。直轴磁路磁阻大于交轴磁路磁阻，因此内置式和嵌入式转子结构的无刷永磁伺服电动机属于凸极同步电动机。a）直轴磁通路径b）交轴磁通路径图3-4内置式无刷永磁伺服电动机的交、直轴磁路注意：电励磁凸极同步电动机中直轴磁路磁阻小于交轴磁路，因此直轴同步电抗Xd（电感Ld）大于交轴同步电抗Xq（电感Lq），而永磁同步电动机中正好相反，其交、直轴绕组电感的关系是LqLd。3.1.2无刷永磁电动机伺服系统

6、的组成无刷永磁伺服电动机通常由变频电源供电由恒频电源供电的永磁同步电动机仅适用于在要求恒速运转的场合作为驱动电机使用。为了解决电动机的起动问题，其转子上需装设笼型起动绕组（阻尼绕组），利用笼型绕组感应产生的异步转矩将电动机加速到接近同步速，然后由永磁体产生的同步转矩将转子牵入同步。对于伺服电动机而言，一个基本要求是其转速能在宽广的范围内连续调节，因此无刷永磁伺服电动机通常由变频电源供电，采用变频调速技术实现转速调节。变频电源供电的永磁同步伺服电动机，由于供电电源频率可以由低频逐渐升高，可以直接利用同步转矩使电动机起动，故转子上一般不设阻尼绕组。3.1.2无刷永磁电动机伺服系

7、统的组成同步电动机变频调速系统的基本类型根据变频电源频率控制方式的不同，同步电动机变频调速系统可以分为他控变频和自控变频两大类。他控变频：用独立的变频装置给同步电动机供电，通过直接改变变频装置的输出频率调节电动机的转速，是一种频率开环控制方式。自控变频：所用的变频电源是非独立的，变频装置输出电流（电压）的频率和相位受反映转子磁极空间位置的转子位置信号控制，是一种定子绕组供电电源的频率和相位自动跟踪转子磁极空间位置的闭环控制方式。由于电动机输入电流的频率始终和转子的转速保持同步，采用自控变频方式的同步电动机不会产生振