第二章 交流伺服电动机new课件

1、2 （c）滚齿机 （d）伺服压力机交流伺服电动机驱动的部分应用 （a）雷达、卫星通信天线 （b）机器人侦查相机34二、教学时间安排：二、教学时间安排：3 3学时学时 三、主要内容：三、主要内容：n第一节第一节 两相交流伺服电动机两相交流伺服电动机n第二节第二节 微型同步电动机微型同步电动机本章重点：本章重点：两相伺服电动机两相伺服电动机工作原理工作原理和静态特性和静态特性本章难点：本章难点：两相伺服电动机两相伺服电动机的动态特性的动态特性5四、教学过程：四、教学过程：交流伺服电动机交流伺服电动机异步异步同步同步异步异步交流伺服电动机交流伺服电动机两相两相三相三相6n交流伺服电动机由于没有换向器

2、和电刷，具有构交流伺服电动机由于没有换向器和电刷，具有构造简单、工作可靠、维护容易、效率较高和价格造简单、工作可靠、维护容易、效率较高和价格便宜、以及不需整流电源设备等优点，因此交流便宜、以及不需整流电源设备等优点，因此交流伺服电动机在自动控制系统中应用非常广泛。伺服电动机在自动控制系统中应用非常广泛。n传统交流伺服电动机的结构通常是采用鼠笼转子传统交流伺服电动机的结构通常是采用鼠笼转子两相伺服电动机及空心杯转子两相伺服电动机，两相伺服电动机及空心杯转子两相伺服电动机，所以常把交流伺服电动机称为两相异步伺服电动所以常把交流伺服电动机称为两相异步伺服电动机。机。7 两相伺服电动机两相伺服电动机就

3、是两相异步电就是两相异步电动机，定子两相动机，定子两相绕组空间相差绕组空间相差90度，转子是鼠笼度，转子是鼠笼式转子。式转子。 Uf f If c Uc IcS M图图31 两相伺服电动机原理图两相伺服电动机原理图89这种转子结构与普通鼠笼式这种转子结构与普通鼠笼式异步电动机类似，但是为了异步电动机类似，但是为了减小转子的转动惯量，做得减小转子的转动惯量，做得细而长。转子笼条和端环既细而长。转子笼条和端环既可采用高电阻率的导电材料可采用高电阻率的导电材料（如黄铜、青铜等）制造，（如黄铜、青铜等）制造，也可采用铸铝转子。其结构也可采用铸铝转子。其结构示意图如右图所示。示意图如右图所示。10非磁性

4、非磁性这种电动机的结构型式如右图这种电动机的结构型式如右图所示。定子分外定子铁心和内所示。定子分外定子铁心和内定子铁心两部分，由硅钢片冲定子铁心两部分，由硅钢片冲制后叠压而成。外定子铁芯槽制后叠压而成。外定子铁芯槽中放置空间相距中放置空间相距9090电角度的电角度的两相分布绕组。内定子铁芯中两相分布绕组。内定子铁芯中不放绕组，仅作为磁路的一部不放绕组，仅作为磁路的一部分，以减小主磁通磁路的磁阻。分，以减小主磁通磁路的磁阻。空心杯形转子用非磁性铝或铝空心杯形转子用非磁性铝或铝合金制成，放在内、外定子铁合金制成，放在内、外定子铁心之间，并固定在转轴上。心之间，并固定在转轴上。11磁性磁性 这种电动

5、机结构比较简单，转子采用铁磁材料制成，这种电动机结构比较简单，转子采用铁磁材料制成，转子本身既是主磁通的磁路，又作为转子绕组，因此不需转子本身既是主磁通的磁路，又作为转子绕组，因此不需要内定子铁芯。其转子结构有两种型式，如图所示要内定子铁芯。其转子结构有两种型式，如图所示1213前提条件：有励磁电压。前提条件：有励磁电压。14 T T+ s+=s 2 1 0 0 1 2 s-=2-s T-单相异步电动机机械特性单相异步电动机机械特性15161718n 幅值控制幅值控制n 相位控制相位控制n 幅相控制幅相控制19 U = Uf 电 压 移 相 90UcWcWfUfUc(可 变 ) U = Uf

6、电 压 移 相 90UcWcWfUfUc(可 变 )20 励磁电压之间的相位差始终保持励磁电压之间的相位差始终保持9090电角度。电角度。若控制绕组的额定电压若控制绕组的额定电压 , ,那么控制信那么控制信号的大小可表示号的大小可表示c c cNcN , , 称为有效信号称为有效信号系数，那么以系数，那么以cncn为基值，控制电压为基值，控制电压 的标的标么值为：么值为： .fcNUUcUfccncncnccUUUUUUU*21 cUfUn当当 1 1时，控制电压时，控制电压 与与 的幅值相等，相位相差的幅值相等，相位相差9090电电角度，且两绕组空间相差角度，且两绕组空间相差9090电角度。

7、此时所产生的气隙磁通电角度。此时所产生的气隙磁通势为圆形旋转磁通势，产生的电磁转矩最大；势为圆形旋转磁通势，产生的电磁转矩最大；n当当 时，控制电压小于励磁电压的幅值，所建立的气时，控制电压小于励磁电压的幅值，所建立的气隙磁场为椭圆形旋转磁场，产生的电磁转矩减小。隙磁场为椭圆形旋转磁场，产生的电磁转矩减小。 越小，越小，气隙磁场的椭圆度越大，产生的电磁转矩越小，电机转速气隙磁场的椭圆度越大，产生的电磁转矩越小，电机转速越慢；越慢；n在在 时，控制信号消失，气隙磁场为脉振磁场，电时，控制信号消失，气隙磁场为脉振磁场，电机不转或停转。机不转或停转。2223sinsinCfUUcUcUfUfU24

8、U f nUcWcUf移相器25cUfU2627cUfUrfUUcphUcphcphfjIUx 102IIIfU28cUfU29n 幅相控制线路简单，不需要复杂的移相装置，只需幅相控制线路简单，不需要复杂的移相装置，只需电容进行分相，具有线路简单、成本低廉、输出功率较大电容进行分相，具有线路简单、成本低廉、输出功率较大的优点，因而成为使用最多的控制方式。的优点，因而成为使用最多的控制方式。n 机械特性（调节特性）线性度比较：机械特性（调节特性）线性度比较：相位控制最好，幅相控制最差。相位控制最好，幅相控制最差。30( )( )( )1)1)(mesKG sU s11mKUsJsTm为机电时间常

9、数，为机电时间常数，31机械特性机械特性32控制特性控制特性3334钢板厚度钢板厚度测量装置测量装置示意图示意图35倒数计算装置倒数计算装置36机床的数字控机床的数字控制系统制系统37383940一、机械特性和调节特性一、机械特性和调节特性 直流伺服电动机的机械特性和调节特性均为线性关系，直流伺服电动机的机械特性和调节特性均为线性关系，且在不同的控制电压下，机械特性曲线相互平行，斜率不且在不同的控制电压下，机械特性曲线相互平行，斜率不变。异步伺服电动机的机械特性和调节特性均为非线性关变。异步伺服电动机的机械特性和调节特性均为非线性关系，且在不同的控制电压下，理想线性机械特性也不是相系，且在不同

10、的控制电压下，理想线性机械特性也不是相互平行的。机械特性和调节特性的非线性都将直接影响到互平行的。机械特性和调节特性的非线性都将直接影响到系统的动态精度，一般来说特性的非线性度越大，系统的系统的动态精度，一般来说特性的非线性度越大，系统的动态精度越低。此外，当控制电压不同时，电动机的理想动态精度越低。此外，当控制电压不同时，电动机的理想线性机械特性的斜率变化也会给系统的稳定和校正带来麻线性机械特性的斜率变化也会给系统的稳定和校正带来麻烦。烦。41二、体积、重量和效率二、体积、重量和效率 为了满足控制系统对电动机性能的要求，转子电为了满足控制系统对电动机性能的要求，转子电阻就得相当大，又电动机经

11、常运行在椭圆形旋转磁场阻就得相当大，又电动机经常运行在椭圆形旋转磁场下，由于负序磁场的存在要产生制动转矩，使电磁转下，由于负序磁场的存在要产生制动转矩，使电磁转矩减小，并使电动机的损耗增大。当输出功率相同时，矩减小，并使电动机的损耗增大。当输出功率相同时，异步伺服电动机要比直流伺服电动机的体积大、重量异步伺服电动机要比直流伺服电动机的体积大、重量大、效率低。所以异步伺服电动机只适用于小功率系大、效率低。所以异步伺服电动机只适用于小功率系统，对于功率较大的控制系统，则普遍采用直流伺服统，对于功率较大的控制系统，则普遍采用直流伺服电动机。电动机。424344永磁式转子由永久永磁式转子由永久磁钢制作，与一般励磁钢制作，与一般励磁式同步电动机原理磁式同步电动机原理相同；相同；当电动机正常当电动机正常运行时，定子绕组产运行时，定子绕组产生的旋转磁场以同步生的旋转磁场以同步转速转速n n1 1旋转，转子也旋转，转子也