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任务2交流伺服电动机控制与调速技术 教学目的：1、了解交流伺服电动机的结构和工作原理； 2、理解直流伺服电动机的控制方式。 教学重点：了解交流伺服电动机的结构和工作原理； 教学难点：交流伺服电动机的控制方式； 教学过程及内容： 一、复习 1、三相交流异步电动机的相关知识。 二、新授 1.交流伺服电动机的结构 交流伺服电动机的结构主要包括三大部分，基本结构由定子和转子构成，还包括电刷与换向片，如图4一10所示。定子铁芯用硅钢片叠成，其表面的槽内嵌有两相绕组，一相是励磁绕组，另一相是控制绕组，两相绕组在空间位置上互差90。电角度。工作时励磁绕组f与交流励磁电源相连，控制绕组k加控制信号电压。 图4-10 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式:一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0. 2 ~ 0. 3 mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子。空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。 2.交流伺服电动机工作原理 交流伺服电动机实际上就是两相异步电动机，所以有时也叫两相伺服电动机。如图4一11所示，电机定子上有两相绕组，一相叫励磁绕组f，接到交流励磁电源Uf上，另一相为控制绕组C，接入控制电压Uc;，两绕组在空间上互差90。电角度，励磁电压II「和控制电压认频率相同。 图4-11 交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之处。当交流伺服电动机的励磁绕组接到励磁电压Uf上，若控制绕组加上的控制电压认为OV时(即无控制电压)，所产生的是脉动磁通势，所建立的是脉振磁场，电机无启动转矩;当控制绕组加上的控制电压队Uc ≠ 0 V，且产生的控制电流与励磁电流的相位不同时，建立起椭圆形旋转磁场，于是产生启动转矩，电机转子转动起来。如果电机参数与一般的单相异步电动机一样，那么当控制信号消失时，电机转速虽会下降些，但仍会继续不停地转动。伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象称为“自转”。 从单相异步电动机理论可知，单相绕组通过电流产生的脉动磁场可以分解为正向旋转磁场和反向旋转磁场，正向旋转磁场产生正转矩T+，起拖动作用，反向旋转磁场产生负转矩T-，起制动作用，正转矩T+、和负转矩T-与转差率、的关系如图4一12虚线所示，电机的电磁转矩T应为正转矩T+和负转矩T-的合成，在图中用实线表示。 图4-12 如果交流伺服电动机的电机参数与一般的单相异步电动机一样，那么转子电阻较小，其机械特性如图4一12 (a)所示。当电机正向旋转时，.s+ 1, T+ T-,合成转矩即电机电磁转矩T=T+一T- 0，所以，即使控制电压消失后，即Uc=0,电机在只有励磁绕组通电的情况下运行，仍有正向电磁转矩，电机转子仍会继续旋转，只不过电机转速稍有降低而已，于是产生“自转”现象而失控 “自转”的原因是控制电压消失后，电机仍有与原转速方向一致的电磁转矩消除“自转”的方法是消除与原转速方向一致的电磁转矩，同时产生一个与原转速方向相反的电磁转矩，使电机在Uc= 0时停止转动。 3.交流伺服电动机的控制方法 交流伺服电动机的控制方法有幅值控制、相位控制和幅相控制三种。 (1)幅值控制 只使控制电压的幅值变化，而控制电压和励磁电压的相位差保持90。不变，这种控制方法叫做幅值控制。 当控制电压为零时，伺服电动机静止不动;当控制电压和励磁电压都为额定值时，伺服电动机的转速达到最大值，转矩也最大;当控制电压在零到最大值之间变化，且励磁电压取额定值时，伺服电动机的转速在零和最大值之间变化。 (2)相位控制 在控制电压和励磁电压都是额定值的条件下，通过改变控制电压和励磁电压的相位差来对伺服电动机进行控制的方法叫做相位控制。 用?表示控制电压和励磁电压的相位差。当控制电压和励磁电压同相位时，即? =00，气隙磁动势为脉动磁动势，电动机静止不动;当相位差? = 90。时，气隙磁动势为圆形旋转磁动势，电动机的转速和转矩都达到最大值;当00 ? 900时，气隙磁动势为椭圆形旋转磁动势，电动机的转速处于最小值和最大值之间。 (3)幅相控制 幅相控制是上述两种控制方法的综合运用，电动机转速的控制是通过改变控制电压和励磁电压的相位差及它们的幅值大小。幅相控制电路如图4一13所示. 图4-13 当改变控制电压的幅值时，励磁电流随之改变，励磁电流的改变引起电容两端的电压变化，此时控制电压和励磁电压的相位差发生变化。 幅相控制的电路结构简单，不需要移相器，实际应用