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1、情景三 伺服电机,任务3-2 交流伺服电动机原理与应用,知识目标 1、掌握直流伺服电动机的结构。 2、掌握直流伺服电动机的工作原理。 3、了解直流伺服电动机的应用。 能力目标 直流伺服电动机的接线、操作使用,交流伺服电机(AC Servo Motor) 结构特点和工作原理 交流伺服电机通常都是两相异步电机，在定子上有两个空间相距90度的绕组，即控制绕组和励磁绕组。,Rotor,笼型转子,非磁性空 心杯转子,铁磁性空 心杯转子,杯壁厚0.20.8mm，J小,杯壁.53mm，J较大，有 单边磁拉力，已较少用,工作原理： 与普通两相异步电机的相似之处：在二相对称绕组中通入两对称电流，就会在气隙中产生
2、圆形旋转磁场，转子导体切割磁场所感应的电流与气隙磁磁场相互作用就产生电磁转矩。当改变其中一相电流的大小或相位时，气隙磁场就发生变化，电磁转矩随之变化，电机转速必然跟着改变，从而实现对转速的控制。 区别：由于伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件。对其要求是：(1)转子速度的快慢能反应控制信号的强弱，转动方向能反应控制信号的相位，调速范围要宽；（2）无控制信号时，转子不能转动；（3）当电机转动起来以后，如控制信号消失，应立即停止转动；（4）为减小体积和重量，一般采用400、500 或1000Hz。,如何满足上述要求？增大转子电阻！ 增大转子电阻的三个好处： 能消除自转现象：,正常转子电阻时的单相
3、转矩,T=T1+T2，在正向旋转时，00。所以，只要负载转矩不太大，转子仍能继续旋转，不会因控制信号的消失而停转，这种“自转”现象使伺服电动机失去控制，在自动控制系统中是不允许的。,增大转子电阻后的单相转矩,增大转子电阻，使sk1，则合成单相转矩在电动机正向旋转范围内为负值，即T0。这就是说，控制信号消失后，处于单运行状态的电机由于电磁转矩为制动性质而能迅速停转。因此，增大转子电阻是防止交流伺服电动机出现“自转”现象的有效措施。,两相合成转矩,可以增大调速范围 由电机学原理知，异步电机的稳定运行区仅在：0ssk，而正常电机的sk=0.10.2, 所以调速范围甚小。增大转子电阻，使sk增大，从而
4、增大调速范围。 使机械特性更加线性 如右图中，曲线3的线性度比曲线2要好。,sk1=0.2, sk2=1.1, sk3=1.8,控制方法 根据电机学原理，上述结构的交流电机，必须使定子绕组产生一旋转磁势，转子才能转动。由旋转磁场理论，对于在空间相距90电度的两个绕组，只要它们产生时间上不同相的脉动磁势，电机气隙中就将形成椭圆形旋转磁场，使转子获得转矩而旋转。如果这两个绕组的脉动磁势幅值相同，且时间上相差90电度，则气隙中将形成圆形旋转磁场，电机便运行在最佳工作状态。 当激磁绕组接至电压值不变的激磁电源，若控制信号的大小或者它与激磁电压间的相位发生改变，都能改变电机气隙磁场的椭圆度，也就能够影响
5、电机的工作状态，达到对电机控制的目的。据此，交流伺服电机有下列几种控制方法：,幅值控制 控制电压与激磁电压之间保持90度相位差不变，通过改变控制信号（电压）的幅值来改变电机的转速。,由于与激磁电压相差90度的电压为： 所以信号系数定义为：,脉振磁场,椭圆形磁场,圆形磁场,幅值相位控制（电容控制） 激磁回路串联电容后接到相位和幅值都不变的激磁电源，当改变控制电压幅值时，由于激磁回路电流发生变化，使激磁绕组及其串联电容上的电压分布发生变化，从而使控制电压与激磁绕组上的电压间的相位角也发生变化。,当改变控制电压的幅值以改变转速时，由于转子绕组的耦合作用，激磁电流 If 的大小和相位都会改变，致使激磁绕组上的电压的大小和相位也随之改变。所以，这是一种幅值和相位的复合控制方式。,Cph,双相控制 激磁电压与控制电压间的相位固定为90度，而激磁电压的幅值随控制信号的改变而同样的改变，也就是说，不论控制信号大小，电机始终在圆形旋转磁场下工作，可获得最大输出功率和效率。,交流伺服伺服电动机的理论分析对称分量法 实际上，两 相伺服电动机是在两 相不对称绕组上外施两相不对称电压运行的异步电机。 1. 对称分量分析,两相伺服电动机原理图,磁动势对称分量相量图,
