《交流伺服電動(dòng)機(jī)》PPT課件

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1、第7章交流伺服電動(dòng)機(jī)7.1概述7.2交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)7.3橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)7.4交流伺服電機(jī)的控制方式7.5交流伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電機(jī)性能比較7.6永磁式同步伺服電機(jī)7.1概述1、交流伺服電機(jī)的工作原理伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵(采用表面永磁體結(jié)構(gòu),永磁磁極通常用膠粘在轉(zhuǎn)子磁軛表面),驅(qū)動(dòng)器控制的定子勵(lì)磁繞組部分U/V/W三相電或單相電(交流伺服電機(jī)通常都是單相異步電動(dòng)機(jī))形成電磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的

2、精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。2、交流伺服電機(jī)分類長(zhǎng)期以來(lái),在要求調(diào)速性能較高的場(chǎng)合,一直占據(jù)主導(dǎo)地位的是應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。但直流電動(dòng)機(jī)都存在一些固有的缺點(diǎn):電刷和換向器易磨損,需經(jīng)常維護(hù);換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花,使電動(dòng)機(jī)的最高速度受到限制,也使應(yīng)用環(huán)境受到限制;而且直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難,所用鋼鐵材料消耗大,制造成本高。而交流電動(dòng)機(jī),特別是鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有上述缺點(diǎn),且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小,使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好。此外,交流電動(dòng)機(jī)的容量可達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速?,F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都傾向采用交流伺服驅(qū)動(dòng),交流伺服

3、驅(qū)動(dòng)已有取代直流伺服驅(qū)動(dòng)之勢(shì)。(1).異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)指的是交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。它有三相和單相之分,也有鼠籠式和線繞式,通常多用鼠籠式三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,與同容量的直流電動(dòng)機(jī)相比,質(zhì)量輕1/2,價(jià)格僅為直流電動(dòng)機(jī)的1/3。缺點(diǎn)是不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍很廣的平滑調(diào)速,必須從電網(wǎng)吸收滯后的勵(lì)磁電流。因而令電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。(2).同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)   同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)雖較感應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜,但比直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單。它的定子與三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣,都在定子上裝有對(duì)稱三相繞組。而轉(zhuǎn)子卻不同,按不同的轉(zhuǎn)子

4、結(jié)構(gòu)又分電磁式及非電磁式兩大類。非電磁式又分為磁滯式、永磁式和反應(yīng)式多種。數(shù)控機(jī)床中多用永磁式同步電動(dòng)機(jī)。與電磁式相比,永磁式優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率較高;缺點(diǎn)是體積大、啟動(dòng)特性欠佳。但永磁式同步電動(dòng)機(jī)采用高剩磁感應(yīng),高矯頑力的稀土類磁鐵后,可比直流電動(dòng)外形尺寸約小1/2,質(zhì)量減輕60﹪,轉(zhuǎn)子慣量減到直流電動(dòng)機(jī)的1/5。它與異步電動(dòng)機(jī)相比,由于采用了永磁鐵勵(lì)磁,消除了勵(lì)磁損耗及有關(guān)的雜散損耗,所以效率高。又因?yàn)闆](méi)有電磁式同步電動(dòng)機(jī)所需的集電環(huán)和電刷等,其機(jī)械可靠性與感應(yīng)(異步)電動(dòng)機(jī)相同,而功率因數(shù)卻大大高于異

5、步電動(dòng)機(jī),從而使永磁同步電動(dòng)機(jī)的體積比異步電動(dòng)機(jī)小些。這是因?yàn)楦袘?yīng)(異步)電動(dòng)機(jī)由于功率因數(shù)低,輸出同樣的有功功率時(shí),它的視在功率卻要大得多,而電動(dòng)機(jī)主要尺寸是據(jù)視在功率而定的。7.2兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要可分為兩大部分,即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同,在定子鐵心中也安放著空間互成90°電角度的兩相繞組,如圖7-2所示。其中l(wèi)1-l2稱為勵(lì)磁繞組,k1-k2稱為控制繞組,所以交流伺服電動(dòng)機(jī)是一種“兩相”的交流電動(dòng)機(jī)。1—定子繞組;2—定子鐵心;3—鼠籠轉(zhuǎn)子

6、圖7-2兩相繞組分布圖圖7-3鼠籠形轉(zhuǎn)子交流伺服電動(dòng)機(jī)7.3交流伺服電機(jī)的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)交流伺服電機(jī)必須具備一個(gè)性能,就是能克服交流伺服電機(jī)的所謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象,即無(wú)控制信號(hào)時(shí),它不應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng),特別是當(dāng)它已在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),如果控制信號(hào)消失,它應(yīng)能立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。而普通的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)以后,如控制信號(hào)消失,往往仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)原來(lái)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),如控制繞組不加控制電壓,此時(shí)只有勵(lì)磁繞組通電產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)強(qiáng)度有規(guī)律變化而磁場(chǎng)方向不發(fā)生變化的磁場(chǎng))。可以把脈動(dòng)磁場(chǎng)看成兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同樣的大小和轉(zhuǎn)速,向

7、相反方向旋轉(zhuǎn),所建立的正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分別切割籠型繞組(或杯形壁)并感應(yīng)出大小相同,相位相反的電動(dòng)勢(shì)和電流(或渦流),這些電流分別與各自的磁場(chǎng)作用產(chǎn)生的力矩也大小相等、方向相反,合成力矩為零,伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不起來(lái)。一旦控制系統(tǒng)有偏差信號(hào),控制繞組就要接受與之相對(duì)應(yīng)的控制電壓。在一般情況下,電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。一個(gè)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以看成是由兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)合成起來(lái)的。這兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)幅值不等(與原橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向相同的正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)大,與原轉(zhuǎn)向相反的反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)?。?,但以相同的速度,向相反的方向旋轉(zhuǎn)。它們切割轉(zhuǎn)

8、子繞組感應(yīng)的電勢(shì)和電流以及產(chǎn)生的電磁力矩也方向相反、大小不等(正轉(zhuǎn)者大,反轉(zhuǎn)者?。┖铣闪夭粸榱?,所以伺服電機(jī)就朝著正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),隨著信號(hào)的增強(qiáng),磁場(chǎng)接近圓形,此時(shí)正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及其力矩增大,反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及其力矩減小,合成力矩變大,如負(fù)載力矩不變,轉(zhuǎn)子的速度就增加。如果改變控制電壓的相位,即移相180度,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相反,因而產(chǎn)生的合成力矩方

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