电机拖动交流电机

第三章交流电机伺服电动机伺服（Servo）源于英文（servant），指电动机能够忠实的执行指令。伺服电机能够通过检测装置实时检测电机状态，判断其是否按照指令运行。可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。伺服电动机的特点(1)宽广的调速范围，机械特性和调节特性均为线性。(2)转子惯量小，可实现急加速、急减速、急停等要求。(3)具备精密的位置、速度、转矩等控制功能。(4)无自转现象。所谓自转现象就是转动中的伺服电动机在控制电压为零时继续转动的现象；无自转现象就是控制电压降到零时，伺服电动机立即自行停转。交流伺服电动机交流伺服电动机一般为两相交流电机。转子有笼形和杯形两种。定子为两相绕组，并在空间相差90°电角度，一个为励磁绕组，另一个为控制绕组。交流伺服电动机的工作原理一、圆形旋转磁场设两相对称绕组通入两相电流如下：则产生一个圆形旋转磁场：交流伺服电动机的工作原理交流伺服电动机的工作原理产生圆形旋转磁场的条件：两绕组产生的磁势相等即可，即：NuIu=NvIv若磁势不相等，则产生的磁场是椭圆形旋转磁场交流伺服电动机的工作原理二、椭圆形旋转磁场的分析——分解法1、脉动磁场的分解脉动磁场可以看做是椭圆形旋转磁场的椭圆度大到极端的情况。通过分解法可以把一个脉动磁场分解为两个赋值相等、转速相同、转向相反的圆形旋转磁场的叠加结果。脉动磁场分解为两个旋转磁场的示意图交流伺服电动机的工作原理2、椭圆形旋转磁场的分析假设两相电流相位差90度，两相绕组对称，而电流幅值不等，则产生一个椭圆形磁场，设两相电流幅值之比为则产生的两个磁场可以表示如下：交流伺服电动机的工作原理交流伺服电动机的工作原理将以上所得磁场进行合成：交流伺服电动机的工作原理此时，相当于两个旋转磁场共同作用于转子上，产生的合成转矩使转子转动，两个磁场的大小关系取决于两相电流的幅值之比。交流伺服电动机的控制方法1、幅值控制保持Uj不变，改变Uk的幅值以改变转速。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法参与合成的每一条机械特性曲线：特点：临界转差率大于1。原因：交流伺服电动机转子电阻都很大，导致临界转差率大于1优点：调速范围宽，可消除“自转”。SM1交流伺服电动机的控制方法021021SM1M2MM曲线合成结果：交流伺服电动机机械特性曲线。交流伺服电动机的控制方法以上曲线在第一象限内的部分就是电动机运行状态部分。有效信号系数越小，磁场椭圆度越大，反向转矩越大，合成转矩在第一象限内的值就越小。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法调节特性：当转矩一定时，控制电压与转速之间的关系。（在机械特性曲线中，平行n轴做多条直线（M=C），将直线与曲线交点坐标在调节特性曲线坐标系中标出并连成线既得调节特性曲线。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法（3)控制信号为0时的机械特性和“自转”现象自转：伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象称为“自转”。显然,我们需要的是当控制信号为零时,转子的转速也为零,此时，只要转子旋转的方向和电磁转矩的方向相反,就可以实现此目的。交流伺服电动机的控制方法使电机制动到停止，从而消除“自转”增加转子电阻，使正向磁场产生最大转矩时的Sm+≥1，使正向旋转的电机在控制电压消失后的电磁转矩为负值，即为制动转矩，使电机制动到停止；若电机反向旋转，则在控制电压消失后的电磁转矩为正值，也为制动转矩，交流伺服电动机的控制方法2、相位控制通过改变Uk与Uj之间的相位差来控制电机的转速和转向，幅值保持不变。交流伺服电动机的控制方法UkUjUksin改变相位差即可改变控制电压中与激磁电压垂直分量的大小，此时与幅值控制效果相同。注意：由于控制电压还有一个分量与激磁电压平行，互相增强，所以对于同样的负载，当幅值控制与相位控制控制系数相同时，相位控制可以输出相对更大的转速。交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法3、幅相控制幅值-相位控制是指对幅值和相位差都进行控制，通过改变控制电压的幅值及控制电压与励磁电压的相位差来控制伺服电动机的转速。交流伺服电动机的控制模式速度模式、位置模式、转矩模式转矩模式：控制电机对外输出的转矩大小。应用在对材质的受力有严格要求的场合。如绕线、收放卷、材料拉伸等。位置模式：控制电机转轴转过的角度。一般通过外部输入的脉冲的频率来确定转速的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度。一般用于定位装置，如数控机床、印刷机械、焊接机械等。速度模式：控制电机的转动速度。单相异步电动机单相异步电动机就是指用单相交流电源供电的异步电动机。单相异步电动机因其电源的方便而在家用电器、医疗器械以及工具中广泛使用。单相异步电动机基本工作原理单相异步电动机单绕组通电后产生的脉振磁场，可以分解为正、反向旋转的两个旋转磁场。因此，电动机的电磁转矩是由两个旋转磁场产生的电磁转矩的合成。由于两磁场对称，所以合成转矩必过原点，且机械特性曲线关于原点对称。单相异步电动机基本工作原理单相异步电动机基本工作原理机械特性具有下列特点：(1)当转子转动时，n=0，T+=T−，T=0，表明单相异步电动机一相绕组通电时无起动转矩，不能自行起动。(2)旋转方向不固定时，由外力矩确定旋转方向，并一经起动，就会继续旋转。当n＞0，T＞0时机械特性在第一象限，电磁转矩属拖动转矩，电动机正转运行。当n＜0，T＜0时机械特性在第二象限，T仍是拖动转矩，电动机反转运行。单相异步电动机的起动方法单相异步电动机不能自行起动，必须设法使其起动。因为两相绕组通以相位不同的电流产生旋转磁场可以起动电机所以，单相电机起动方法：设法产生旋转磁场。根据获得旋转磁场方式的不同，主要分为分相电动机和罩极电动机。单相异步电动机的起动方法分相式单相异步电动机起动的必要条件为：(1)定子具有空间不同相位的两套绕组；(2)两套绕组中通入不同相位的交流电流。单相分相式异步电动机按起动方法分为以下几类：1)单相电阻分相起动异步电动机单相电阻分相起动异步电动机的定子上嵌放两个绕组。两个绕组接在同一单相电源上，副绕组(辅助绕组)中串一个离心开关。开关作用是当转速上升到80%的同步转速时，断开副绕组使电动机运行在只有主绕组工作的情况下。单相异步电动机的起动方法通常，主绕组匝数多，导线粗，副绕组匝数少，导线细，并可以通过改变主或者副绕组通电极性改变转向。单相异步电动机的起动方法2)单相电容分相起动异步电动机单相异步电动机的起动方法当副绕组中串联一个电容器和一个开关时，如果电容器容量选择适当，则可以在起动时通过副绕组的电流在时间和相位上超前主绕组电流90°电角，这样在起动时就可以得到一个接近圆形的旋转磁场，从而有较大起动转矩。电动机起动后转速达到75%～85%同步转速时副绕组通过开关自动断开，主绕组进入单独稳定运行状态。单相异步电动机的起动方法3)单相电容运转异步电动机若单相异步电动机辅助绕组不仅在起动时起作用，而且在电动机运转中也长期工作，则这种电动机称为单相电容运转异步电动机。单相电容运转异步电动机实际上是一台两相异步电动机，其定子绕组产生的气隙磁场较接近圆形旋转磁场。因此，其运行性能较好，功率因数、过载能力比普通单相分相式异步电动机好。单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法2.单相罩极式(磁通分相式)异步电动机单相罩极式异步电动机的结构有凸极式和隐极式两种，其中以凸极式结构最为常见。凸极式异步电动机定子做成凸极铁心，然后在凸极铁心上安装集中绕组，组成磁极，在每个磁极1/3～1/4处开一个小槽，槽中嵌放短路环，将小部分铁心罩住。转子均采用笼型结构。单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法罩极式异步电动机当定子绕组通入正弦交流电后，将产生交变磁通Φ，其中一部分磁通ΦU不穿过短路环，另一部分磁通ΦV穿过短路环，由于短路环作用，当穿过短路环的磁通发生变化时，短路环必然产生感应电动势和感应电流，感应电流总是阻碍磁通变化，这就使穿过短路环部分的磁通ΦV滞后未罩部分的磁通ΦU，使磁场中心线发生