任務3-2交流伺服電動機原理與應用.ppt

情景三 伺服電機,任務3-2 交流伺服電動機原理與應用,知識目標 1、掌握直流伺服電動機的結構。 2、掌握直流伺服電動機的工作原理。 3、了解直流伺服電動機的應用。 能力目標 直流伺服電動機的接線、操作使用,交流伺服電機(AC Servo Motor) 結構特點和工作原理 交流伺服電機通常都是兩相異步電機，在定子上有兩個空間相距90度的繞組，即控制繞組和勵磁繞組。,Rotor,籠型轉子,非磁性空 心杯轉子,鐵磁性空 心杯轉子,杯壁厚0.20.8mm，J小,杯壁.53mm，J較大，有 單邊磁拉力，已較少用,工作原理： 與普通兩相異步電機的相似之處：在二相對稱繞組中通入兩對稱電流，就會在氣隙中產生圓形旋轉磁場，轉子導體切割磁場所感應的電流與氣隙磁磁場相互作用就產生電磁轉矩。當改變其中一相電流的大小或相位時，氣隙磁場就發(fā)生變化，電磁轉矩隨之變化，電機轉速必然跟著改變，從而實現對轉速的控制。 區(qū)別：由于伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。對其要求是：(1)轉子速度的快慢能反應控制信號的強弱，轉動方向能反應控制信號的相位，調速范圍要寬；（2）無控制信號時，轉子不能轉動；（3）當電機轉動起來以后，如控制信號消失，應立即停止轉動；（4）為減小體積和重量，一般采用400、500 或1000Hz。,如何滿足上述要求？增大轉子電阻！ 增大轉子電阻的三個好處： 能消除自轉現象：,正常轉子電阻時的單相轉矩,T=T1+T2，在正向旋轉時，00。所以，只要負載轉矩不太大，轉子仍能繼續(xù)旋轉，不會因控制信號的消失而停轉，這種“自轉”現象使伺服電動機失去控制，在自動控制系統(tǒng)中是不允許的。,增大轉子電阻后的單相轉矩,增大轉子電阻，使sk1，則合成單相轉矩在電動機正向旋轉范圍內為負值，即T0。這就是說，控制信號消失后，處于單運行狀態(tài)的電機由于電磁轉矩為制動性質而能迅速停轉。因此，增大轉子電阻是防止交流伺服電動機出現“自轉”現象的有效措施。,兩相合成轉矩,可以增大調速范圍 由電機學原理知，異步電機的穩(wěn)定運行區(qū)僅在：0ssk，而正常電機的sk=0.10.2, 所以調速范圍甚小。增大轉子電阻，使sk增大，從而增大調速范圍。 使機械特性更加線性 如右圖中，曲線3的線性度比曲線2要好。,sk1=0.2, sk2=1.1, sk3=1.8,控制方法 根據電機學原理，上述結構的交流電機，必須使定子繞組產生一旋轉磁勢，轉子才能轉動。由旋轉磁場理論，對于在空間相距90電度的兩個繞組，只要它們產生時間上不同相的脈動磁勢，電機氣隙中就將形成橢圓形旋轉磁場，使轉子獲得轉矩而旋轉。如果這兩個繞組的脈動磁勢幅值相同，且時間上相差90電度，則氣隙中將形成圓形旋轉磁場，電機便運行在最佳工作狀態(tài)。 當激磁繞組接至電壓值不變的激磁電源，若控制信號的大小或者它與激磁電壓間的相位發(fā)生改變，都能改變電機氣隙磁場的橢圓度，也就能夠影響電機的工作狀態(tài)，達到對電機控制的目的。據此，交流伺服電機有下列幾種控制方法：,幅值控制 控制電壓與激磁電壓之間保持90度相位差不變，通過改變控制信號（電壓）的幅值來改變電機的轉速。,由于與激磁電壓相差90度的電壓為： 所以信號系數定義為：,脈振磁場,橢圓形磁場,圓形磁場,幅值相位控制（電容控制） 激磁回路串聯電容后接到相位和幅值都不變的激磁電源，當改變控制電壓幅值時，由于激磁回路電流發(fā)生變化，使激磁繞組及其串聯電容上的電壓分布發(fā)生變化，從而使控制電壓與激磁繞組上的電壓間的相位角也發(fā)生變化。,當改變控制電壓的幅值以改變轉速時，由于轉子繞組的耦合作用，激磁電流 If 的大小和相位都會改變，致使激磁繞組上的電壓的大小和相位也隨之改變。所以，這是一種幅值和相位的復合控制方式。,Cph,雙相控制 激磁電壓與控制電壓間的相位固定為90度，而激磁電壓的幅值隨控制信號的改變而同樣的改變，也就是說，不論控制信號大小，電機始終在圓形旋轉磁場下工作，可獲得最大輸出功率和效率。,交流伺服伺服電