第二章 节 交流感应伺服电动机 《控制电机（第2版）》 （电子课件）.pptx

第2章 交流感应伺服电动机 2.1 两相感应伺服电动机的结构特点与控制方式 2.2 两相感应伺服电动机的理论分析 2.3 两相感应伺服电动机的静态特性 2.4 两相感应伺服电动机的动态特性 2.5 两相感应伺服电动机的主要技术数据和性能指标 2.6 三相感应伺服电动机及其矢量控制 第2章 交流感应伺服电动机?概述概述 传统的交流伺服电动机是指两相感应伺服电动机，由于受性能限制，主要应用于几十瓦以下的小功率场合。近年来，随着电机理论、电力电子技术、计算机控制技术及自动控制理论等学科领域的发展，三相感应电动机及永磁同步电动机的伺服性能大为改进，采用三相感应电动机及永磁同步电动机的交流伺服系统在高性能领域应用日益广泛。 本章首先对传统的两相感应伺服电动机进行了较详细的讨论，最后对三相感应电动机矢量控制技术及其伺服控制系统进行了介绍。永磁同步伺服电动机将在第3章予以讨论。 2.1 两相感应伺服电动机的结构特点与控制方式2.1.1 概述 2.1.2 两相感应伺服电动机在结构和参数上的特点 2.1.3 两相感应伺服电动机的控制方式 2.1.1 概述两相感应伺服电动机的基本结构和工作原理 两相感应伺服电动机的基本结构和工作原理与普通感应电动机相似。 从结构上看，电机由定子和转子两大部分构成，定子铁心中安放多相交流绕组，转子绕组为自行闭合的多相对称绕组。运行时定子绕组通入交流电流，产生旋转磁场，在闭合的转子绕组中感应电动势、产生转子电流，转子电流与磁场相互作用产生电磁转矩。2.1.1 概述两相感应伺服电动机与普通感应电动机的主要差别 为了控制方便，定子为两相绕组，在空间相差90°电角度。其中一相为励磁绕组，运行时接至电压为Uf的交流电源上；另一相为控制绕组，施加与Uf同频率、大小或相位可调的控制电压Uc，通过Uc控制伺服电动机的起、停及运行转速。 注意：由于励磁绕组电压Uf固定不变，而控制电压Uc是变化的，故通常情况下两相绕组中的电流不对称，电机中的气隙磁场也不是圆形旋转磁场，而是椭圆形旋转磁场。 2.1.2两相感应伺服电动机在结构和参数上的特点 (2) 非磁性空心杯形转子 非磁性空心杯形转子两相感应伺服电动机的结构如图2-1所示。它的定子分为外定子和内定子两部分，内外定子铁心通常均由硅钢片叠成。外定子铁心槽中放置空间相距90°电角度的两相交流绕组，内定子铁心中一般不放绕组，仅作为磁路的一部分，以减少主磁通磁路的磁阻。在内、外定子之间有细长的空心转子装在转轴上，空心转子做成杯子形状，所以称为空心杯形转子。 2.1.2两相感应伺服电动机在结构和参数上的特点 杯形转子和笼型转子虽然外表形状看起来不一样，但本质上是一样的，因为杯形转子可以看作是导条数目非常多、条与条之间紧靠在一起、而两端自行短路的笼型转子。 (3) 铁磁性空心杯转子 由于铁磁性空心杯转子应用较少，在此不做具体介绍。 2.1.2两相感应伺服电动机在结构和参数上的特点 非磁性杯形转子与笼型转子的比较： 非磁性杯形转子转动惯量小，轴承摩擦阻转矩小。由于转子没有齿和槽，定、转子间没有齿槽粘合现象，恒速旋转时，转子一般不会有抖动现象，运转平稳。 但由于它内、外定子间的气隙较大，所以励磁电流大，功率因数低，降低了电机的利用率，在相同的体积与重量下，杯形转子伺服电动机比笼型转子伺服电动机所产生的转矩和输出功率都小。另外，杯形转子伺服电动机的结构与制造工艺都较复杂。 目前广泛采用的是笼型转子伺服电动机，只有在要求转动惯量小、反应快，以及要求转动非常平稳的某些特殊场合下，才采用非磁性空心杯形转子伺服电动机。2.1.2两相感应伺服电动机在结构和参数上的特点 两相感应伺服电动机的转子电阻 两相感应伺服电动机必须具有足够大的转子电阻，这是其与普通感应电动机相比的另外一个重要特点。 原因：1）扩大转速范围并使机械特性尽可能接近线性； 2）实现无“自转”现象 不同转子电阻时感应电动机的机械特性如图2-2所示，随着转子电阻的增大，稳定运行转速范围增加。图2-2 不同转子电阻时的感应电动机机械特性2.1.2两相感应伺服电动机在结构和参数上的特点 若转子电阻足够大，可使sm≥1，如图2-2曲线3、4所示，在0s1的范围内呈现出下垂的机械特性，相应地电动机从零到同步转速的整个范围内均能稳定运行。 此外，由图2-2还可以看到，随着转子电阻的增大，机械特性也更接近于线性关系 。图2-2 不同转子电阻时的感应电动机机械特性 曲线1、2、3、4分别是转子电阻为rr1′、rr2′、rr3′、rr4′的机械特性 rr4′ rr3′ rr2′ rr1′2.1.2两相感应伺服电动机在结构和参数上的特点 自转现象与转子电阻的关系 对于两相感应伺服电动机，取消控制电压后，即Uc=0时，只有励磁绕组通电，成为单相感应电动机运