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交流伺服电机 . 交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差90?的两个绕组：励磁绕组和控制绕组，其结构如图所示。 各种交流伺服电动机图片 发展 由于直流电动机具有优良的调速性能，因此，在２０世纪９０年代以前，直流电动机调速系统在应用上一直占主导地位。但直流电动机却存在着一些固有的缺点，如电刷和换向器易磨损，需要经常维护，由于换向器换向时会产生火花，使电动机的最高转速受到限制，使用环境也受到限制。此外，直流电动机的结构复杂，制造困难，所用铜铁材料消耗大，制造成本高。而交流电动机，特别是感应电动机没有上述缺点，且转子惯量较直流电动机小，使得动态响应更好。一般来说，在同样的体积下，交流电动机的输出功率可比直流电动机提高１０％～７０％。另外，交流电动机的容量也可以做得比直流电动机大，达到更高的电压和转速。 进入２０世纪９０年代以后，随着计算机控制技术和电子技术的不断发展，交流调速技术日趋成熟，现代数控机床都倾向于采用交流伺服驱动，交流伺服电动机已经取代直流伺服电动机作为伺服系统的执行元件。 １.交流伺服电动机的种类和特点 交流伺服电动机有同步型和异步型两大类。异步型交流电动机指的是交流感应电动机。同步型交流电动机按转子结构不同可分电磁式及非电磁式两大类。非电磁式又分为磁滞式、永磁式和反应式多种。数控机床中多用永磁式同步电动机。 １）异步型交流伺服电动机 异步交流伺服电动机是指交流异步电动机，它有三相和单相之分，也有笼型和绕线转子之分，通常多用笼型三相异步电动机。 优点：结构简单，与同容量的直流电动机相比重量轻（１／２），价格便宜（１／３）。 缺点：转速受负载的变化影响较大，不能经济地实现范围较广的平滑调速，效率较低、功率因数低。 应用：数控机床的主轴驱动系统。 ２）同步型交流伺服电动机 同步型交流伺服电动机比异步电动机复杂，但比直流电动机简单。它的定子与异步电动机一样，都在定子上装有对称三相绕组，而转子却不同。按不同的转子结构，同步型交流伺服电动机分为电磁式及非电磁式两大类。 永磁式同步电动机的优点：结构简单、运行可靠、体积约小１／２，质量减轻６０％，转子惯量可减小到１／５、效率较高。 缺点：启动特性欠佳、控制复杂。 应用：数控机床的进给驱动系统。 ２.结构和工作原理 永磁交流同步电动机的结构： 主要由电动机由定子、转子和检测元件组成。如图所示。 工作原理 工作原理： 永磁交流同步电动机工作原理简图如图所示，当定子三相绕组通上交流电源后，就产生了一个旋转磁场，该磁场以同步转速ｎｓ旋转。根据磁极同性相斥，异性相吸的原理，定子旋转磁极吸引转子永久磁极，并带动转子一起同步旋转。 工作原理 当转子加上负载旋转后，会造成定子磁场轴线与转子磁极轴线的不重合，如图中所示的θ角。随着负载的加大，θ角也加大，当负载减少时，θ角也会随着减少。只要不超过一定限度，转子始终跟着定子的旋转磁场以恒定的同步速度旋转。当负载超过一定极限，转子不再按同步转速旋转，也可能不转，此负载的极限被称为最大同步转矩。 永磁交流同步电动机的缺点是启动较困难。这是因为一方面，当三相电源供给定子绕组时，虽已产生旋转磁场，但由于转子处于静止状态，惯性较大而无法跟随旋转磁场转动；另一方面，转子与定子磁场之间的转速相差过大。解决的方法是在转子上装启动绕组，常采用笼型的启动绕组，使永磁同步电动机如感应同步电动机那样产生启动转矩，当转子速度上升到接近同步速度时，定子磁场与转子永久磁极相吸引，使转子以同步速度旋转，即为异步启动，同步运行。 也可在设计中设法减低转子的惯量或采用多磁极等使定子旋转磁场的同步转速不大，使永磁同步电动机能直接启动。还可以在速度控制单元中采取让电动机先在低速下启动，再提高到所要求的速度正常工作。 ３.调速方法 根据交流电动机工作原理，当电动机三相绕组通三相交流正弦电源时，转子将产生旋转，其旋转速度可表示为 式中：ｓ———电动机的转差率； ｎ———转子旋转速度； ｆ———交流电源频率； ｐ———定子和转子的磁极对数。 由式可知，异步电动机的调速方法有三种： １）改变转差率调速 这实际上是对异步电动机转差率进行处理而获得的调速方法。低速时，转差率大，转差损耗也大，效率低。常用的方法是降低定子电压调速、电磁转差离合器调速、线绕转子异步电动机转子串电阻调速或串极调速等。 ２）改变磁极对数调速 这是一种有级的调速方法。它是通过对定子绕组接线的切换以改变磁极对数而实现交流电动机调速的。由于磁极对数ｐ是整数，所以只能得到级差很大的有级调速，这不能满足数控机床要求。 ３）改变频率