電機(jī)拖動交流電機(jī)

第三章交流電機(jī)伺服電動機(jī)伺服（Servo）源于英文（servant），指電動機(jī)能夠忠實(shí)的執(zhí)行指令。伺服電機(jī)能夠通過檢測裝置實(shí)時(shí)檢測電機(jī)狀態(tài)，判斷其是否按照指令運(yùn)行。可分為直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)兩大類。伺服電動機(jī)的特點(diǎn)(1)寬廣的調(diào)速范圍，機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性。(2)轉(zhuǎn)子慣量小，可實(shí)現(xiàn)急加速、急減速、急停等要求。(3)具備精密的位置、速度、轉(zhuǎn)矩等控制功能。(4)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。所謂自轉(zhuǎn)現(xiàn)象就是轉(zhuǎn)動中的伺服電動機(jī)在控制電壓為零時(shí)繼續(xù)轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象；無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象就是控制電壓降到零時(shí)，伺服電動機(jī)立即自行停轉(zhuǎn)。交流伺服電動機(jī)交流伺服電動機(jī)一般為兩相交流電機(jī)。轉(zhuǎn)子有籠形和杯形兩種。定子為兩相繞組，并在空間相差90°電角度，一個(gè)為勵磁繞組，另一個(gè)為控制繞組。交流伺服電動機(jī)的工作原理一、圓形旋轉(zhuǎn)磁場設(shè)兩相對稱繞組通入兩相電流如下：則產(chǎn)生一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場：交流伺服電動機(jī)的工作原理交流伺服電動機(jī)的工作原理產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件：兩繞組產(chǎn)生的磁勢相等即可，即：NuIu=NvIv若磁勢不相等，則產(chǎn)生的磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場交流伺服電動機(jī)的工作原理二、橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的分析——分解法1、脈動磁場的分解脈動磁場可以看做是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的橢圓度大到極端的情況。通過分解法可以把一個(gè)脈動磁場分解為兩個(gè)賦值相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁場的疊加結(jié)果。脈動磁場分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場的示意圖交流伺服電動機(jī)的工作原理2、橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的分析假設(shè)兩相電流相位差90度，兩相繞組對稱，而電流幅值不等，則產(chǎn)生一個(gè)橢圓形磁場，設(shè)兩相電流幅值之比為則產(chǎn)生的兩個(gè)磁場可以表示如下：交流伺服電動機(jī)的工作原理交流伺服電動機(jī)的工作原理將以上所得磁場進(jìn)行合成：交流伺服電動機(jī)的工作原理此時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場共同作用于轉(zhuǎn)子上，產(chǎn)生的合成轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，兩個(gè)磁場的大小關(guān)系取決于兩相電流的幅值之比。交流伺服電動機(jī)的控制方法1、幅值控制保持Uj不變，改變Uk的幅值以改變轉(zhuǎn)速。交流伺服電動機(jī)的控制方法交流伺服電動機(jī)的控制方法參與合成的每一條機(jī)械特性曲線：特點(diǎn)：臨界轉(zhuǎn)差率大于1。原因：交流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子電阻都很大，導(dǎo)致臨界轉(zhuǎn)差率大于1優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍寬，可消除“自轉(zhuǎn)”。SM1交流伺服電動機(jī)的控制方法021021SM1M2MM曲線合成結(jié)果：交流伺服電動機(jī)機(jī)械特性曲線。交流伺服電動機(jī)的控制方法以上曲線在第一象限內(nèi)的部分就是電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)部分。有效信號系數(shù)越小，磁場橢圓度越大，反向轉(zhuǎn)矩越大，合成轉(zhuǎn)矩在第一象限內(nèi)的值就越小。交流伺服電動機(jī)的控制方法交流伺服電動機(jī)的控制方法調(diào)節(jié)特性：當(dāng)轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，控制電壓與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。（在機(jī)械特性曲線中，平行n軸做多條直線（M=C），將直線與曲線交點(diǎn)坐標(biāo)在調(diào)節(jié)特性曲線坐標(biāo)系中標(biāo)出并連成線既得調(diào)節(jié)特性曲線。交流伺服電動機(jī)的控制方法交流伺服電動機(jī)的控制方法（3)控制信號為0時(shí)的機(jī)械特性和“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象自轉(zhuǎn)：伺服電動機(jī)在控制信號消失后仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的失控現(xiàn)象稱為“自轉(zhuǎn)”。顯然,我們需要的是當(dāng)控制信號為零時(shí),轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也為零,此時(shí)，只要轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向和電磁轉(zhuǎn)矩的方向相反,就可以實(shí)現(xiàn)此目的。交流伺服電動機(jī)的控制方法使電機(jī)制動到停止，從而消除“自轉(zhuǎn)”增加轉(zhuǎn)子電阻，使正向磁場產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的Sm+≥1，使正向旋轉(zhuǎn)的電機(jī)在控制電壓消失后的電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)值，即為制動轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)制動到停止；若電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，則在控制電壓消失后的電磁轉(zhuǎn)矩為正值，也為制動轉(zhuǎn)矩，交流伺服電動機(jī)的控制方法2、相位控制通過改變Uk與Uj之間的相位差來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，幅值保持不變。交流伺服電動機(jī)的控制方法UkUjUksin改變相位差即可改變控制電壓中與激磁電壓垂直分量的大小，此時(shí)與幅值控制效果相同。注意：由于控制電壓還有一個(gè)分量與激磁電壓平行，互相增強(qiáng)，所以對于同樣的負(fù)載，當(dāng)幅值控制與相位控制控制系數(shù)相同時(shí)，相位控制可以輸出相對更大的轉(zhuǎn)速。交流伺服電動機(jī)的控制方法交流伺服電動機(jī)的控制方法3、幅相控制幅值-相位控制是指對幅值和相位差都進(jìn)行控制，通過改變控制電壓的幅值及控制電壓與勵磁電壓的相位差來控制伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。交流伺服電動機(jī)的控制模式速度模式、位置模式、轉(zhuǎn)矩模式轉(zhuǎn)矩模式：控制電機(jī)對外輸出的轉(zhuǎn)矩大小。應(yīng)用在對材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的場合。如繞線、收放卷、材料拉伸等。位置模式：控制電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的角度。一般通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)速的大小，通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度。一般用于定位裝置，如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械、焊接機(jī)械等。速度模式：控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度。單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)就是指用單相交流電源供電的異步電動機(jī)。單相異步電動機(jī)因其電源的方便而在家用電器、醫(yī)療器械以及工具中廣泛使用。單相異步電動機(jī)基本工作原理單相異步電動機(jī)單繞組通電后產(chǎn)生的脈振磁場，可以分解為正、反向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。因此，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的合成。由于兩磁場對稱，所以合成轉(zhuǎn)矩必過原點(diǎn)，且機(jī)械特性曲線關(guān)于原點(diǎn)對稱。單相異步電動機(jī)基本工作原理單相異步電動機(jī)基本工作原理機(jī)械特性具有下列特點(diǎn)：(1)當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)，n=0，T+=T?，T=0，表明單相異步電動機(jī)一相繞組通電時(shí)無起動轉(zhuǎn)矩，不能自行起動。(2)旋轉(zhuǎn)方向不固定時(shí)，由外力矩確定旋轉(zhuǎn)方向，并一經(jīng)起動，就會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)n＞0，T＞0時(shí)機(jī)械特性在第一象限，電磁轉(zhuǎn)矩屬拖動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行。當(dāng)n＜0，T＜0時(shí)機(jī)械特性在第二象限，T仍是拖動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行。單相異步電動機(jī)的起動方法單相異步電動機(jī)不能自行起動，必須設(shè)法使其起動。因?yàn)閮上嗬@組通以相位不同的電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場可以起動電機(jī)所以，單相電機(jī)起動方法：設(shè)法產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。根據(jù)獲得旋轉(zhuǎn)磁場方式的不同，主要分為分相電動機(jī)和罩極電動機(jī)。單相異步電動機(jī)的起動方法分相式單相異步電動機(jī)起動的必要條件為：(1)定子具有空間不同相位的兩套繞組；(2)兩套繞組中通入不同相位的交流電流。單相分相式異步電動機(jī)按起動方法分為以下幾類：1)單相電阻分相起動異步電動機(jī)單相電阻分相起動異步電動機(jī)的定子上嵌放兩個(gè)繞組。兩個(gè)繞組接在同一單相電源上，副繞組(輔助繞組)中串一個(gè)離心開關(guān)。開關(guān)作用是當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到80%的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，斷開副繞組使電動機(jī)運(yùn)行在只有主繞組工作的情況下。單相異步電動機(jī)的起動方法通常，主繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線粗，副繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線細(xì)，并可以通過改變主或者副繞組通電極性改變轉(zhuǎn)向。單相異步電動機(jī)的起動方法2)單相電容分相起動異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)的起動方法當(dāng)副繞組中串聯(lián)一個(gè)電容器和一個(gè)開關(guān)時(shí)，如果電容器容量選擇適當(dāng)，則可以在起動時(shí)通過副繞組的電流在時(shí)間和相位上超前主繞組電流90°電角，這樣在起動時(shí)就可以得到一個(gè)接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，從而有較大起動轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)起動后轉(zhuǎn)速達(dá)到75%～85%同步轉(zhuǎn)速時(shí)副繞組通過開關(guān)自動斷開，主繞組進(jìn)入單獨(dú)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。單相異步電動機(jī)的起動方法3)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)若單相異步電動機(jī)輔助繞組不僅在起動時(shí)起作用，而且在電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中也長期工作，則這種電動機(jī)稱為單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)。單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)實(shí)際上是一臺兩相異步電動機(jī)，其定子繞組產(chǎn)生的氣隙磁場較接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場。因此，其運(yùn)行性能較好，功率因數(shù)、過載能力比普通單相分相式異步電動機(jī)好。單相異步電動機(jī)的起動方法單相異步電動機(jī)的起動方法2.單相罩極式(磁通分相式)異步電動機(jī)單相罩極式異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)有凸極式和隱極式兩種，其中以凸極式結(jié)構(gòu)最為常見。凸極式異步電動機(jī)定子做成凸極鐵心，然后在凸極鐵心上安裝集中繞組，組成磁極，在每個(gè)磁極1/3～1/4處開一個(gè)小槽，槽中嵌放短路環(huán)，將小部分鐵心罩住。轉(zhuǎn)子均采用籠型結(jié)構(gòu)。單相異步電動機(jī)的起動方法單相異步電動機(jī)的起動方法罩極式異步電動機(jī)當(dāng)定子繞組通入正弦交流電后，將產(chǎn)生交變磁通Φ，其中一部分磁通ΦU不穿過短路環(huán)，另一部分磁通ΦV穿過短路環(huán)，由于短路環(huán)作用，當(dāng)穿過短路環(huán)的磁通發(fā)生變化時(shí)，短路環(huán)必然產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流總是阻礙磁通變化，這就使穿過短路環(huán)部分的磁通ΦV滯后未罩部分的磁通ΦU，使磁場中心線發(fā)生