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兩相交流伺服電動機結構原理和特性

2022年12月08日 15:52:06人氣：2250來源：昆山精越自動化科技有限公司

　　(一)結構

　　兩相交流伺服電動機的結構見圖3—3一l～圖3—3 4，其定子結構同一般異步電動機相似，但是，定子繞組是兩相的，其中一相叫勵磁相，另一相叫控制相。通?？刂葡喾殖蓛蓚€獨立且相同的部分，它們可以串聯(lián)或并聯(lián)，供選擇兩種控制電壓用。兩相繞組在空間相差90°電角度。普通型交流伺服電動機轉子結構通常采用鼠籠型和非磁性杯型。

　　鼠籠型轉子兩相交流伺服電動機的定子是采用“一刀通”結構，使定子鐵心內(nèi)圓和軸承室內(nèi)圓為同一尺寸，一次夾裝同時加工，既保證了定子內(nèi)圓和轉子外圓的同軸度又提高了裝配精度，因而可以設計制造成小氣隙和轉子細而長。電動機由較高的利用率.體積小，質(zhì)量小，機械強度好，能在惡劣的氣候和環(huán)境條件下可靠地工作。由于鼠籠轉子有齒和槽，存在有反應轉矩，定子和轉子之間會產(chǎn)生齒槽粘合現(xiàn)象，使轉子“吸住”在某幾個位置中的一個位置。為了克服這種齒槽粘合現(xiàn)象，在轉子開始轉動以前，必須施加一定數(shù)值的電壓，稱之為啟動電壓。采取轉子斜槽措施可以在很大程度上削弱齒槽粘合現(xiàn)象的影響。

　　非磁性杯型兩相交流伺服電動機的轉子是鋁制空心薄壁結構，轉子的慣性矩小。由于轉子上沒有齒和槽，因此定子和轉子間沒有齒槽粘合現(xiàn)象，轉矩不隨軸的位置而發(fā)生變化，恒速旋轉時轉軸一般不會有抖動現(xiàn)象。

　　(二)基本原理

　　兩相交流伺服電動機定子上布置有勵磁和控制兩相繞組。兩者在空間相差90°電角度，見圖3-3-6(b)。在勵磁繞組上饋以固定的勵磁電壓，在控制繞組上饋以可變的控制電壓反饋，當兩相繞組產(chǎn)生的磁動勢幅值相等，電機處于對稱狀態(tài)時，在定、轉子間的氣隙中產(chǎn)生的合成磁動勢是一個圓形旋轉磁場，旋轉磁場切割轉子導條，產(chǎn)生感應電動勢和電流，電流和旋轉磁場相互作用產(chǎn)生轉矩，轉子沿旋轉磁場的方向旋轉。

　　兩相交流伺服電動機在運行中，控制電壓經(jīng)常是變化的，即電動機經(jīng)常處于不對稱狀態(tài)。因此，兩相繞組產(chǎn)生的磁動勢幅值并不相等，相位差也不是90°電角度，故氣隙中的合成磁場是橢圓形旋轉磁場。兩相交流伺服電動機就是靠不同程度的不對稱運行來進行控制的。

　　兩相交流伺服電動機的機械特性曲線上的任何一點應滿足df/dr<0因而電機在轉差率s—O～1之間任何一點上都能穩(wěn)定運行。兩相交流伺服電動機在單相供電時，其轉速與轉矩符號相反，所以，當控制電壓消失后，處于單相運行狀態(tài)時，由于電磁轉矩為制動性質(zhì)，能迅速停轉而不會發(fā)生“自轉”現(xiàn)象。

　　兩相交流伺服電動機常用的控制方式有幅值控制、相位控制和幅相控制，電氣接線圖見圖3-3-6.接線圖表示了兩種控制方式：(a)為幅值控制或相位控制電氣接線；(b)為幅相控制(電容分相)電氣接線。

　　伺服電動機的工作性能的優(yōu)劣主要是由它的工作特性決定，兩相交流伺服電動機的主要工作特性有：機械特性、調(diào)節(jié)特性、堵轉轉矩特性和輸入輸出特性。

　　1機械特性

　　圖3—3—7所示的機械特性曲線就是表示在一定的輸入條件下伺服電動機轉速與輸出轉矩的關系。這種機械特性是穩(wěn)定的，兩相電壓不變時，可保證從零轉速到空載轉速范圍內(nèi)能平滑、穩(wěn)定調(diào)速。只改變控制電壓可以得到1組機械特性曲線族。3種控制方式的機械特性曲線族見圖3-3-8。圖中m、γ分別為轉矩、轉速的標么值。

　　由圖可見，實際的機械特性是非線性的。伺服服電動機在一定輸入條件下，實際機械特性與理想機械特性之間轉速之差對空載轉速之比的值稱為機械特性非線性度，用Km表示，見圖3-3-9。

　　Km越小，伺服電動機的性能越接近線性系統(tǒng)的動態(tài)誤差就越小。在精密的伺服系統(tǒng)中，通常要求Km≤10%～15%，在一般伺服系統(tǒng)中，Km≤1 5%～25%

2調(diào)節(jié)特性

　　伺服電動機在一定的勵磁和負載轉矩條件下，轉速與控制電壓幅值的關系或者轉速與控制電壓相位差的正弦函數(shù)的關系稱為調(diào)節(jié)特性。3種控制方式的調(diào)節(jié)特性曲線族見圖3-3-10。圖中a為控制電壓比電源電壓的標幺值-口為兩相電壓間的相位差標幺值，y為轉速標幺值。

　　由圖3 3 10可見，實際的調(diào)節(jié)特性是非線性的。伺服電動機在一定勵磁和負載轉矩條件下，實際調(diào)節(jié)特性與理想調(diào)節(jié)特性之間轉速之差對額定控制電壓時轉速之比的值稱為調(diào)節(jié)特性非線性度，用Kv表示，見圖3-3-l1，一般Kv≤20%～25%。

3堵轉轉矩特性

　　伺服電動機往一定勵磁條件下.堵轉轉矩與控制電壓的關系稱為堵轉特性，見圖3- 3- 12。堵轉轉矩足指在一定輸入條件下轉子堵轉時所得到的最小轉矩。

　　實際的堵轉特性是非線性的。伺服電動機在一定勵磁條件下，不同控制電壓的堵轉

　　轉矩與列應的理想堵轉轉矩之差對額定控制電壓下堵轉轉矩之比的值，稱為堵轉轉矩的非線性度，用Kd表示.如圖3-3-13 所示。一般Kd≤士5%。

4輸入輸出特性

　　伺服電動機在一定的輸人條件下，每相輸入電流與轉速的關系I=f(n)，每相輸入功率與轉運的關系P1=f(n);輸出功率與轉速的關系P2=f(n),稱為輸入輸出特性，見圖3- 3-14。

　　兩相交流伺服電動機的額定輸出功率一般是指輸出功率，通常約在同步轉速的一半時獲得。

關鍵詞：伺服系統(tǒng)

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