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交流异步电机伺服控制技术及应用 时光科技有限公司 交流异步电机伺服控制技术 三相交流异步电机结构简单、牢固耐用、经济可靠，是工业生产使用最多的动力源。长久以来，对交流异步电机进行精确控制，技术上没有实质性的突破。时光科技有限公司研究开发的全数字化交流异步伺服控制技术在交流异步电机的高精度伺服控制上取得了根本突破，扩展了交流异步电机的应用范围，为全面提升工业生产的自动化控制水平打下良好的基础。 电 动 机 的 分 类 电动机是依靠电磁感应原理而运行的旋转电磁电动机的分类机械，从电力系统吸取电功率，向机械系统输出机械功率。 电动机在任何国家的工业、农业和国民经济的其他部门中，作为驱动各种设备的动力，具有极其重要的地位。据统计，各类电机占全部用电设备总功率的75 % 以上，其中交流异步电动机占总电气传动系统的90 % 左右。 主要电机种类为：直流电动机、交流同步电动机、交流异步电动机。 直流电动机 特点：调速特性优良、过载能力大、可频繁起、制动和反转。 n=〔U－Ia（Ra＋R）－ΔU〕/CeΦ 式中：n ：电机转速 U ：电机端电压 Ia：负载电流 Ra：电枢电阻 R ：调节电阻 ΔU：电刷接触压降 Ce ：电动势常数 Φ ：电机每极磁通 问题：需要直流电源、励磁电源（或永久磁场）和控制装置、换向器和碳刷的磨损和火花。 交流同步电动机 特点：n=60f/p、功率因数可调、效率高、运行稳定。 加变频器可调速，其转速方程 n=（ED－IDΣR）/[KeΦcos（γ0＋u/2）cos（u/2）] 式中： n：电机转速 ED：整流器输出电压 ID：整流器输出电流 ΣR：直流回路等效电阻 Ke：电动势常数 Φ：电机每极磁通 γ0：逆变器换流超前角 u：逆变器换流重叠角 问题：需要励磁电源（或永久磁场）、起动较困难。 交流异步电动机 特点：效率较高、工作特性较好、结构简单、制造、 使用、维护方便、运行可靠、质量较小、成本较低。 问题：功率因数较低、调速性能较差。 三相交流异步电动机是由流过定子线圈的电流产生旋转磁场而令转子转动，旋转磁场和转子转动之间的速度差称为滑差或转差。转子的感应电流与转差成比例关系。为保证旋转磁场与感应电流保持正交关系，需要进行AC矢量控制。与直流电机和交流同步电机的励磁（或永久）磁场相比，对交流异步电机的控制难度要大得多。 电机控制技术的发展 对交流电机的控制经历了几个阶段：最初电机只能恒速运行。以后在电机本身结构上做文章，发明了不同的可跳跃变速或小范围调速的电机，可按照要求的转速运行。随着微电子、电力电子与计算机技术的飞跃发展，变频技术取得长足的进步，变频器不需改变电机结构，通过外部控制，改变电机输入电压及频率，扩大了电机的调速范围。但变频技术满足不了“高、精、尖”产品对于工业控制技术的要求。自动控制技术要求对电机的输出参数如位置、速度、加速度、转矩进行控制，即伺服控制。 从目前的发展趋势，直流伺服已经被交流同步伺服逐步取代，伺服控制的优势在近几年已逐渐被认识，在各个领域得到广泛应用。未来一段时期，将是交流同步伺服平稳发展，交流异步伺服异军突起的时代。 直流调速、交流变频、同步伺服和异步伺服的比较 从技术指标和控制功能看，直流调速属于淘汰技术。而变频调速和伺服控制根本不在一个技术层面上，变频调速是小范围、低精度的速度控制，且转矩输出特性较差，只能用于速度控制要求较低的场合。由于受到永磁材料的限制，同步伺服电机的功率范围在几十瓦到几千瓦，个别可做到十千瓦以上，且价格很高，限制了其应用范围。而交流异步伺服可控制的电机功率基本没有限制，范围很大，且控制功能和精度已经达到了同步伺服的水平，在近年来迅猛发展的各行业自动控制领域，特别是中、大功率运动控制系统有很好的应用前景。 伺服控制系统 伺服系统又称为随动系统，它的基本功能就是按照指令要求实现对执行机构运动的控制，使系统的输出精确地跟随指令值变化。其特点是：宽的调速范围，转速、转向可控；线性的机械特性和调节特性；快速响应；无自转现象（零速锁定）。 伺服系统控制的方式有：位置控制、速度控制、转矩控制以及混合控制，即前三者之间的切换。 伺服系统的主要性能指标 1．负载转速变化率 伺服系统在某一指定转速下运行，负载由空载到额定负载变化，电动机转速变化值n0－n与空载时转速n0之百分比。 S=(n0－n)/n0×100% 2．相对于额定转速的