第2章交流感应伺服电动机

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1、第第2章章 交流感应伺服电动机交流感应伺服电动机 2.1 两相感应伺服电动机的结构特点与控制方式两相感应伺服电动机的结构特点与控制方式 2.2 两相感应伺服电动机的理论分析两相感应伺服电动机的理论分析 2.3 两相感应伺服电动机的静态特性两相感应伺服电动机的静态特性 2.4 两相感应伺服电动机的动态特性两相感应伺服电动机的动态特性 2.5 两相感应伺服电动机的主要技术数据和性能指标两相感应伺服电动机的主要技术数据和性能指标 2.6 三相感应伺服电动机及其矢量控制三相感应伺服电动机及其矢量控制 第第2章章 交流感应伺服电动机交流感应伺服电动机概述概述概述概述 传统的交流伺服电动机是指两相感应伺服

2、电动机，由于受性能限制，主要应用于几十瓦以下的小功率场合。近年来，随着电机理论、电力电子技术、计算机控制技术及自动控制理论等学科领域的发展，三相感应电动机及永磁同步电动机的伺服性能大为改进，采用三相感应电动机及永磁同步电动机的交流伺服系统在高性能领域应用日益广泛。 2.1.1 概述概述 两相感应伺服电动机的基本结构和工作原理两相感应伺服电动机的基本结构和工作原理 两相感应伺服电动机的基本结构和工作原理与普通感应电动机相似。 从结构上看，电机由定子和转子两大部分构成，定子铁心中安放多相交流绕组，转子绕组为自行闭合的多相对称绕组。运行时定子绕组通入交流电流，产生旋转磁场，在闭合的转子绕组中感应电动

3、势、产生转子电流，转子电流与磁场相互作用产生电磁转矩。2.1.1 概述概述 两相感应伺服电动机的基本结构两相感应伺服电动机的基本结构定子定子 2.1.1 概述概述 两相感应伺服电动机的基本结构两相感应伺服电动机的基本结构转子转子 2.1.1 概述概述 杯形转子两相感应伺服电动机的基本结构杯形转子两相感应伺服电动机的基本结构 2.1.1 概述概述 异步电动机原理演示和分析异步电动机原理演示和分析 2.1.1 概述概述 两相感应伺服电动机的基本原理两相感应伺服电动机的基本原理 2.1.1 概述概述 为了控制方便，定子为两相绕组，在空间相差90电角度。其中一相为励磁绕组，运行时接至电压为Uf的交流电

4、源上；另一相为控制绕组，施加与Uf同频率、大小或相位可调的控制电压Uc，通过Uc控制伺服电动机的起、停及运行转速。 注意：由于励磁绕组电压Uf固定不变，而控制电压Uc是变化的，故通常情况下两相绕组中的电流不对称，电机中的气隙磁场也不是圆形旋转磁场，而是椭圆形旋转磁场。 2.1.1 概述概述 两相绕组产生圆形旋转磁场的条件两相绕组产生圆形旋转磁场的条件n 当两相对称电流通入两相对称绕组时，在电动机定子内圆当两相对称电流通入两相对称绕组时，在电动机定子内圆周气隙空间里建立起一个圆形旋转磁场。周气隙空间里建立起一个圆形旋转磁场。n 在两相伺服电动机中建立圆形旋转磁场的条件还可以认为：在两相伺服电动机

5、中建立圆形旋转磁场的条件还可以认为：如果两个幅值相等的脉振磁场，它们的轴线在空间上相差如果两个幅值相等的脉振磁场，它们的轴线在空间上相差90度电角度，在时间上相差度电角度，在时间上相差90度相位差，则它们必然合成度相位差，则它们必然合成一个圆形旋转磁场。一个圆形旋转磁场。 2.1.1 概述概述 圆形旋转磁场的特点圆形旋转磁场的特点n 转向：旋转磁场的转向是从流过超前电流的绕组轴线转向转向：旋转磁场的转向是从流过超前电流的绕组轴线转向流过落后电流绕组轴线。流过落后电流绕组轴线。n 转速：转速：n = 60f/p （rpm）n 幅值：圆形旋转磁场的幅值是恒定不变的，其值与每相脉幅值：圆形旋转磁场的

6、幅值是恒定不变的，其值与每相脉振磁场的幅值相等。振磁场的幅值相等。 2.1.1 概述概述 圆形旋转磁场的特点圆形旋转磁场的特点n 交流伺服电动机转子跟着旋转磁场转动的转速总是低于同步转速，转交流伺服电动机转子跟着旋转磁场转动的转速总是低于同步转速，转速与同步转速之差称为转差。速与同步转速之差称为转差。n 转差：转差：n = nt - nn 转差率：转差率：s = n / ntn 转速：转速：n = nt（1 - s） 2.1.2 结构特点结构特点对两相感应伺服电动机的基本要求：对两相感应伺服电动机的基本要求：1）伺服电动机的转速能随着控制电压的变化在宽广的范围内连续调节。2）整个运行范围内的机

7、械特性应接近线性，以保证伺服电动机运行的稳定性，并有利于提高控制系统的动态精度。3）无“自转”现象。即当控制电压为零时，伺服电动机应立即停转。4）伺服电动机的机电时间常数要小，动态响应要快。为此，要求伺服电动机的堵转转矩大，转动惯量小。 2.1.2 结构特点结构特点两相感应伺服电动机的转子结构：两相感应伺服电动机的转子结构： 两相感应伺服电动机的转子结构形式有三种：笼型笼型转子转子、非磁性空心杯转子非磁性空心杯转子和铁磁性空心杯转子铁磁性空心杯转子。 1笼型转子笼型转子 与普通笼型感应电动机的转子相似，只是为了减少转子的转动惯量，需做的细而长。转子笼的导条和端环可以用铜（通常采用高电阻率的黄铜

8、或青铜等）制造，也可以采用铸铝转子。2.1.2 结构特点结构特点 2非磁性空心杯形转子非磁性空心杯形转子 非磁性空心杯形转子两相感应伺服电动机的结构如图2-1所示。它的定子分为外定子和内定子两部分，内外定子铁心通常均由硅钢片叠成。外定子铁心槽中放置空间相距90电角度的两相交流绕组，内定子铁心中一般不放绕组，仅作为磁路的一部分，以减少主磁通磁路的磁阻。在内、外定子之间有细长的空心转子装在转轴上，空心转子做成杯子形状，所以称为空心杯形转子。 2.1.2 结构特点结构特点 杯形转子和笼型转子虽然外表形状看起来不一样，但实质上是一样的，因为杯形转子可以看作是导条数目非常多、条与条之间紧靠在一起、而两端

9、自行短路的笼型转子。 3铁磁性空心杯转子铁磁性空心杯转子 由于铁磁性空心杯转子应用较少，在此不做具体介绍。 2.1.2 结构特点结构特点非磁性杯形转子与笼型转子的比较：非磁性杯形转子与笼型转子的比较： 非磁性杯形转子转动惯量小，轴承摩擦阻转矩小。由于转子没有齿和槽，定、转子间没有齿槽粘合现象，恒速旋转时，转子一般不会有抖动现象，运转平稳。 但由于它内、外定子间的气隙较大，所以励磁电流大，功率因数低，降低了电机的利用率，在相同的体积与重量下，杯形转子伺服电动机比笼型转子伺服电动机所产生的转矩和输出功率都小。另外，杯形转子伺服电动机的结构与制造工艺都较复杂。 目前广泛采用的是笼型转子伺服电动机，只

10、有在要求转动惯量小、反应快，以及要求转动非常平稳的某些特殊场合下，才采用非磁性空心杯形转子伺服电动机。2.1.2 结构特点结构特点圆形旋转磁场作用下的电动机特性圆形旋转磁场作用下的电动机特性 2.1.2 结构特点结构特点圆形旋转磁场作用下的电动机特性圆形旋转磁场作用下的电动机特性稳定区和不稳定区稳定区和不稳定区 2.1.2 结构特点结构特点圆形旋转磁场作用下的电动机特性圆形旋转磁场作用下的电动机特性机械特性斜率与运机械特性斜率与运行稳定性行稳定性 2.1.2 结构特点结构特点脉振磁场或椭圆形旋转磁场作用下的电动机特性脉振磁场或椭圆形旋转磁场作用下的电动机特性n我们可以用幅值等于脉振磁场幅值的一

11、半、转速为同我们可以用幅值等于脉振磁场幅值的一半、转速为同步转速、转向彼此相反的两个圆形旋转磁场来等效这步转速、转向彼此相反的两个圆形旋转磁场来等效这个脉振磁场个脉振磁场 2.1.2 结构特点结构特点脉振磁场的分解脉振磁场的分解 2.1.2 结构特点结构特点椭圆旋转磁场的分解椭圆旋转磁场的分解 2.1.2 结构特点结构特点椭圆旋转磁场的分解椭圆旋转磁场的分解 2.1.2 结构特点结构特点两相感应伺服电动机转子电阻必须足够大的两相感应伺服电动机转子电阻必须足够大的 这是其与普通感应电动机相比的另外一个重要特点。 原因：1）扩大转速范围并使机械特性尽可能接近线性； 2）实现无“自转”现象 图图2-