交流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)介紹.ppt

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1、一、類型和原理1．同步(SM)型：結(jié)構(gòu)模型：轉(zhuǎn)子上有成對(duì)磁極，定子上有三相對(duì)稱交流繞組。原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在氣隙空間可以取基波（正弦）進(jìn)行研究。定子繞組的有效邊被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（四極同步電機(jī)原理演示）第五節(jié)交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ns與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相同，稱為同步轉(zhuǎn)速。ns與所接交流電的頻率f及電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p之間的關(guān)系為ns＝f／p。在中國(guó)，電源頻率為50赫，因此二極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)／分，四極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)／分，采用永久磁鐵磁場(chǎng)，不需要磁化電流

2、控制，只要檢測(cè)磁鐵轉(zhuǎn)子的位置即可；也稱為無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)。容易控制；轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理與直流伺服電動(dòng)機(jī)相同T=CM?Ia。（T：轉(zhuǎn)矩；CM：轉(zhuǎn)矩系數(shù)；?：氣隙磁通；Ia：轉(zhuǎn)子電流）2．異步(IM)型：結(jié)構(gòu)1）定子：定子鐵心：由0.35mm-0.5mm的硅鋼片疊成。定子繞組：按一定規(guī)律排列的三相繞組。2）轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心：由0.35mm-0.5mm的硅鋼片疊成。轉(zhuǎn)子繞組：鼠籠式；繞線式：原理①、定子繞組通入三相對(duì)稱電流時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；②、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與三相電流的相序相同；③、電氣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)④、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（稱為同步轉(zhuǎn)速）：

3、各種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)關(guān)系：⑴、定子電流的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速：⑵、定子電流的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：(3)轉(zhuǎn)子電流的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：(4)轉(zhuǎn)子電流的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速：動(dòng)畫演示(5)轉(zhuǎn)子電流的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于定子電流的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速：所以轉(zhuǎn)子電流的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和定子電流的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)靜止，合成共同的旋轉(zhuǎn)主磁通Φ0異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速則總是低于或高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，兩者之差（稱為轉(zhuǎn)差）通常在10％以內(nèi)。交流電機(jī)（不管是同步還是異步）的轉(zhuǎn)速受電源頻率的制約，因而調(diào)速較為困難。氣隙磁場(chǎng)難于直接檢驗(yàn)，可以用轉(zhuǎn)子的

4、位置和速度的等效控制（矢量控制）來代替T=CM?I2cos?（T：轉(zhuǎn)矩；CM：轉(zhuǎn)矩系數(shù)；?：氣隙磁通；I2：轉(zhuǎn)子電流；cos?：轉(zhuǎn)子功率因數(shù)）?，I2，cos?都是轉(zhuǎn)差率S的函數(shù)，難以直接控制總結(jié)：交流電機(jī)主要包括異步電機(jī)和同步電機(jī)兩大類；兩類電機(jī)在結(jié)構(gòu)上既具有共同之處，又各有其自身特點(diǎn)。共同之處在于定子鐵心和繞組，不同之處在于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和繞組。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：交流電機(jī)工作的基礎(chǔ)；是電能和機(jī)械能之間互相轉(zhuǎn)換的基本條件；在交流電機(jī)理論中有兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：1）機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：通過原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)磁極旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生。2）電氣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：三相對(duì)稱的交

5、流繞組通入三相對(duì)稱的交流電流時(shí)會(huì)在電機(jī)的氣隙空間產(chǎn)生?！煞N旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)盡管產(chǎn)生的機(jī)理不相同，但在交流繞組中形成的電磁感應(yīng)效果是一樣的。交流繞組處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，并切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。通常三相交流電機(jī)的定子都有對(duì)稱的三相繞組。任意一相繞組通以交流電流時(shí)產(chǎn)生的是脈振磁場(chǎng)。但若以平衡的三相電流通入三相對(duì)稱繞組，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)在空間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的對(duì)稱軸線隨時(shí)間而轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速（n）由電流頻率（f）和磁極對(duì)數(shù)（p）決定：n＝60f／p。一般說來，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向總是從電流超前的相移向滯后的相。如果通入三相繞組的電流相序相反，

6、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向也相反。二、矢量控制原理交流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件：實(shí)現(xiàn)精密的位置控制，并能在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)產(chǎn)生理想的扭矩，提高生產(chǎn)率關(guān)鍵是解決對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)氣隙磁場(chǎng)難于直接檢驗(yàn)，可以用轉(zhuǎn)子的位置和速度的等效控制（矢量控制）來代替矢量控制是交流伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵，可以利用微處理器和微型計(jì)算機(jī)數(shù)控對(duì)交流電動(dòng)機(jī)作磁場(chǎng)的矢量控制，從而獲得對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的最佳控制。矢量控制原理：矢量控制：同時(shí)控制電動(dòng)機(jī)輸入電流I1的幅值和相位以得到交流電動(dòng)機(jī)的最佳控制。r1，X1為定子繞組的電阻和漏抗；r2，X2為轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏抗；rm

7、為與定子鐵心相對(duì)應(yīng)的等效電阻；Xm為與主磁通相對(duì)應(yīng)的鐵心電路的電抗；S為滑差率。Im為勵(lì)磁電流，在整個(gè)負(fù)載范圍保持不變；I2為轉(zhuǎn)子電流，電磁轉(zhuǎn)矩T與I2成正比。I1為輸入電流。矢量控制：同時(shí)控制電動(dòng)機(jī)輸入電流I1的幅值和相位以得到交流電動(dòng)機(jī)的最佳控制。三、異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)(1)全封閉無刷構(gòu)造，無需定期檢查和維修；(2)定子無鑄件殼體，結(jié)構(gòu)緊湊，外形小，重量輕；(3)定子鐵芯開槽多且深，絕緣可靠，磁場(chǎng)均勻；(4)可對(duì)定子鐵芯直接冷卻，散熱效果好，提高系統(tǒng)可靠性；(5)轉(zhuǎn)子采用精密磁極形狀的永久磁鐵，可實(shí)現(xiàn)高扭矩/慣量比

8、，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，運(yùn)行平穩(wěn)；(6)應(yīng)用矢量控制技術(shù)，具備調(diào)速范圍寬、穩(wěn)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等良好的技術(shù)性能。四、交流調(diào)速系統(tǒng)1、調(diào)速：改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；2、調(diào)速方法：1）機(jī)械調(diào)速：靠機(jī)械的傳動(dòng)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；2）電氣調(diào)速；用電氣的方法改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；3、電氣調(diào)速方法：由式式中，n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；f：外加電源頻率；P：電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；S：轉(zhuǎn)差率可知，