參賽課件 交流感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)1

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1、第2章交流感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)2.1兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與控制方式2.2兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的理論分析2.3兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性2.4兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性2.5兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和性能指標(biāo)2.6三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及其矢量控制第2章交流感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)?概述概述傳統(tǒng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)是指兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，由于受性能限制，主要應(yīng)用于幾十瓦以下的小功率場合。近年來，隨著電機(jī)理論、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及自動(dòng)控制理論等學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及永磁同步電動(dòng)機(jī)的伺服性能大為改進(jìn)，采用三相

2、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及永磁同步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)在高性能領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。本章首先對(duì)傳統(tǒng)的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了較詳細(xì)的討論，最后對(duì)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)及其伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)將在第3章予以討論。2.1兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與控制方式2.1.1概述2.1.2兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)和參數(shù)上的特點(diǎn)2.1.3兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式2.1.1概述兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似。從結(jié)構(gòu)上看，電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定子鐵

3、心中安放多相交流繞組，轉(zhuǎn)子繞組為自行閉合的多相對(duì)稱繞組。運(yùn)行時(shí)定子繞組通入交流電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢、產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。2.1.1概述兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的主要差別為了控制方便，定子為兩相繞組，在空間相差90°電角度。其中一相為勵(lì)磁繞組，運(yùn)行時(shí)接至電壓為Uf的交流電源上；另一相為控制繞組，施加與Uf同頻率、大小或相位可調(diào)的控制電壓Uc，通過Uc控制伺服電動(dòng)機(jī)的起、停及運(yùn)行轉(zhuǎn)速。注意：由于勵(lì)磁繞組電壓Uf固定不變，而控制電壓Uc是變化的，故通常情況

4、下兩相繞組中的電流不對(duì)稱，電機(jī)中的氣隙磁場也不是圓形旋轉(zhuǎn)磁場，而是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。2.1.1概述對(duì)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求：1）伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能隨著控制電壓的變化在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。2）整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)的機(jī)械特性應(yīng)接近線性，以保證伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并有利于提高控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度。3）無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。即當(dāng)控制電壓為零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)立即停轉(zhuǎn)。4）伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)要小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)要快。為此，要求伺服電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。2.1.2兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)和參數(shù)上的特點(diǎn)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子

5、結(jié)構(gòu)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式有三種：籠型轉(zhuǎn)子、非磁性空心杯轉(zhuǎn)子和鐵磁性空心杯轉(zhuǎn)子。(1)籠型轉(zhuǎn)子與普通籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相似，只是為了減少轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，需做的細(xì)而長。轉(zhuǎn)子籠的導(dǎo)條和端環(huán)可以用銅（通常采用高電阻率的黃銅或青銅等）制造，也可以采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。2.1.2兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)和參數(shù)上的特點(diǎn)(2)非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。它的定子分為外定子和內(nèi)定子兩部分，內(nèi)外定子鐵心通常均由硅鋼片疊成。外定子鐵心槽中放置空間相距90°電角度的兩相交流繞組，內(nèi)定子鐵

6、心中一般不放繞組，僅作為磁路的一部分，以減少主磁通磁路的磁阻。在內(nèi)、外定子之間有細(xì)長的空心轉(zhuǎn)子裝在轉(zhuǎn)軸上，空心轉(zhuǎn)子做成杯子形狀，所以稱為空心杯形轉(zhuǎn)子。2.1.2兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)和參數(shù)上的特點(diǎn)杯形轉(zhuǎn)子和籠型轉(zhuǎn)子雖然外表形狀看起來不一樣，但本質(zhì)上是一樣的，因?yàn)楸无D(zhuǎn)子可以看作是導(dǎo)條數(shù)目非常多、條與條之間緊靠在一起、而兩端自行短路的籠型轉(zhuǎn)子。(3)鐵磁性空心杯轉(zhuǎn)子由于鐵磁性空心杯轉(zhuǎn)子應(yīng)用較少，在此不做具體介紹。2.1.2兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)和參數(shù)上的特點(diǎn)非磁性杯形轉(zhuǎn)子與籠型轉(zhuǎn)子的比較：非磁性杯形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，

7、軸承摩擦阻轉(zhuǎn)矩小。由于轉(zhuǎn)子沒有齒和槽，定、轉(zhuǎn)子間沒有齒槽粘合現(xiàn)象，恒速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子一般不會(huì)有抖動(dòng)現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。但由于它內(nèi)、外定子間的氣隙較大，所以勵(lì)磁電流大，功率因數(shù)低，降低了電機(jī)的利用率，在相同的體積與重量下，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)比籠型轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和輸出功率都小。另外，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與制造工藝都較復(fù)雜。目前廣泛采用的是籠型轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)，只有在要求轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、反應(yīng)快，以及要求轉(zhuǎn)動(dòng)非常平穩(wěn)的某些特殊場合下，才采用非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)。2.1.2兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)和參數(shù)上的特點(diǎn)兩相

8、感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)必須具有足夠大的轉(zhuǎn)子電阻，這是其與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比的另外一個(gè)重要特點(diǎn)。原因：1）擴(kuò)大轉(zhuǎn)速范圍并使機(jī)械特性盡可能接近線性；2）實(shí)現(xiàn)無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象圖2-2不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖2-2所示，隨著轉(zhuǎn)子電阻的增大，穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍增加。2.1.2兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)