控制电机 第七章 交流伺服电动机.ppt

第七章 交流伺服电动机 （AC servomotor） 复习——直流伺服电动机 用途：电压信号 转轴的角位移或角速度输出。 原理：通电导体在磁场中受到力的作用。 稳态特性 动态过程 发电机状态、反接制动状态、动能制动状态 其他伺服电动机 直流力矩、低惯量伺服 本章学习内容 概述 交流伺服电动机的结构及工作原理 交流伺服电动机的圆形旋转磁场★ 圆形旋转磁场作用下的运行分析 椭圆形旋转磁场及其分析方法★ 幅值控制特性★ 移相方法和控制方式 主要性能指标和与直流伺服电机的比较 1 概述 2 结构特点及工作原理 结构特点 3交流伺服电动机的圆形旋转磁场 (2) 圆形旋转磁场的转向和转速 上节小结 单相绕组通入单相交流电产生脉振磁场。 圆形磁场的特点是：幅值不变以恒定的速度在空间旋转。 两相对称绕组通入两相对称电流就能产生圆形旋转磁场。 旋转磁场的转向。 转速为同步速， 4 圆形旋转磁场作用下的运行分析 5 椭圆形旋转磁场及其分析方法 交流伺服电动机在系统工作中，为了对它的转速进行控制，加在控制绕组上的控制电压是在变化的，电机常处于不对称状态。 电机在不对称情况下的磁场为椭圆形旋转磁场。 6 幅值控制时特性 幅值控制：励磁绕组为额定电压， 与 之间相差900， 根据需要进行改变。 式中， α为磁通密度向量幅值之比， 即α=Bkm /Bfm 。 反转圆磁场所产生的转矩为 零信号时的机械特性 所谓零信号， 就是控制电压Uk=0， 或αe=0。 当αe=0时， 磁场是脉振磁场，它可以分解为幅值相等、 转向相反的两个圆形旋转磁场， 其作用可以想象为有两对相同大小的磁铁N - S和N′ - S′在空间以相反方向旋转， 如图7 - 43所示。 此时转子电阻较小， 临界转差率sm正 =0.4。 从图中可以看出， 在电机工作的转差率范围内， 即0＜s正＜1时， 合成转矩T绝大部分都是正的， 因此， 如果伺服电动机在控制电压Uk作用下工作， 当突然切去控制电信号， 即Uk=0时， 只要阻转矩小于单相运行时的最大转矩， 电动机仍将在转矩T作用下继续旋转。 这样就产生了自转现象， 造成失控。 此时转子电阻有所增加， 临界转差率已增加到sm正 =0.8， 合成转矩减小得多， 但是与上面一样， 仍将产生自转现象。 转子电阻已增大到使临界转差率sm正 ＞1的程度。 这时合成转矩曲线与横轴相交仅有一点(s=1处)， 而且在电机运行范围内， 合成转矩均为负值， 即为制动转矩。 因而当控制电压Uk取消变为单相运行时， 电机就立刻产生制动转矩，与负载阻转矩一起促使电机迅速停转， 这样就不会产生自转现象。 在这种情况下， 停转时间甚至较两相绕组的电压Uk和Uf同时取消时还快些。 7 转速的控制与调节特性 堵转特性 8移相方法和控制方式 为了在电机内形成圆形旋转磁场，要求励磁电压和控制电压有900相位差。但实际只有单相电源或三相电源，如何产生相位相差900的两相电源？ 9 主要性能指标 空载始动电压 在额定励磁电压和空载的情况下，使转子在任意位置开始连续转动所需的最小控制电压称为空载始动电压Us0，通常用额定控制电压的百分数表示。Us0越小，表示伺服电动机的灵敏度越高，一般不大于3~4%。 10 交直流伺服电动机性能比较 （1）机械特性和调节特性 直流伺服：线性度好，平行，特性硬 交流伺服：非线性关系，精度低，特性软，斜率随控制电压不同变化。 （2）体积、重量和效率 交流伺服电动机相对体积大，重量重，转换效率低 （3）动态响应 直流伺服电机有电枢绕组大，换向器，转动惯量大。 （4）自转现象 直流伺服电动机不存在自转现象，而交流伺服电动机当参数选择不当时，会产生自转现象。 （5）可维护性 直流伺服存在换向器、电刷，结构复杂，不易维护；交流伺服结构简单运行可靠，维护方便。 图 7 - 45 自转现象与转子电阻值的关系(2) (b) RR=RR2 ＞RR1 ； (c) RR=RR3 ＞RR2 “自转”原因： （1）转子电阻不够大。（增大转子电阻的好处？） （2）工艺原因，多发生在功率极小情况下。 定子绕组匝间短路 转子铁心片间短路 各向磁导不均 负载一定时 改变控制电压的有效信号系数可以改变转速 （1）利用三相电源的相电压和线电压构成900 相移 如果三相电源没有中点，就采用三相变压器，或带中间抽头的电抗线圈 系统中其它元件(如自整角机， 伺服放大器等)产生相位移。 （2）利用三相电源的任意两相线电压 （3）利用移相网络 图 7 - 52 采用电子移相网络的伺服系统 ? （4）在励磁绕组中串联电容器 主要应用于小功率控制系统。 电容值大小随电机的转速变化。可选择C值使电机在转速为零的情况下电压移相90度，可