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第五章数控机床的驱动系统与检测技术5.2交流伺服驱动系统（基于交流永磁同步伺服电机）

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位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈半闭环数控系统

位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈全闭环数控系统

定子上装有三相对称绕组，转子为永磁材料，并在定子圆周上均匀布置3个霍尔传感器，用来检测转子磁极的位置。也可以通过安装在轴端的光电编码器来检测转子的磁极位置。图三相永磁同步交流伺服电机内部结构永磁同步交流伺服电动机—外形及结构图三相永磁同步交流伺服电机外形

定子电流为三相对称正弦波，在定子中将形成平稳旋转的磁场，可以带动转子同步、平稳旋转，这种电动机称为“交流永磁同步电动机”，英文缩写为”PMSM”.交流永磁同步伺服电动机工作原理图交流伺服电动机定子绕组的电流形式

直流电动机中，定子为磁极，转子上布置有绕组，转子线圈通电后，会受到电磁力作用，从而转动起来。永磁同步交流伺服电动机是定子绕组通电后，使转子受电磁力作用而转动起来。不同的是直流电机需要用换向器来保证转子转起来，而交流伺服电机改变定子绕组的通电顺序就可以了。图直流电动机原理永磁同步交流伺服电动机工作原理图交流伺服电动机原理

?永磁同步交流伺服电动机工作原理图交流伺服电动机原理AA’C’B’CB功率管导通电动机绕组1VT1/VT6A-A’-C’-C2VT6/VT2B-B’-C’-C3VT2/VT4B-B’-A’-A4A’-A-C-C’5VT3/VT5C-C’-B’-B6VT5/VT1B’-B-A-A’

?永磁同步交流伺服电动机工作原理图交流伺服电动机原理AA’C’B’CB功率管导通电动机绕组1VT4/VT2B-B’-A’-A2VT2/VT6B-B’-C’-C3VT6/VT1A-A’-C’-C4A-A’-B’-B5VT5/VT3C-C’-B’-B6VT3/VT4C-C’-A’-A

1、运行原理与直流电动机类似，因而具有和直流电动机类似的优异的的调速性能。2、但因转子磁场无法调节，故不能实现直流电动机的弱磁调速，既不能进行恒功率调速。3、因转子有固定不变磁场，故可以产生电动机静止时的零速自锁转矩。交流伺服电动机的输出特性

与直流伺服电动机相比，永磁同步交流伺服电动机没有机械换向器和电刷，通过转子位置传感器检测到的转子位置信号，控制定子绕组中电流的换向，避免了换向火花产生和机械磨损等，克服了直流伺服电机体积大，需要定期维修等缺点，又具有调速范围宽，低速性能好，过载能力强等优点。交流伺服电动机的优势

在所有交流调速系统中，交流伺服驱动的调速范围最大（大于1：5000）、调速精度最高（小于0.01%）、过载能力最强（3倍以上过载）、速度响应最快(2500rad/s以上)，可以用于高速、高精度速度与位置控制。图交流伺服电动机的输出特性交流伺服电动机的输出特性

运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环、速度环、位置环。交流永磁同步伺服电动机伺服驱动器图PMSM伺服驱动器原理图

交流永磁同步伺服电动机伺服驱动器上面是由整流、中间电路（称为直流母线控制电路）与逆变三部分组成的逆变系统。整流采用的是三相桥式二极管不可控整流电路，输入回路还安装有短路保护与浪涌电压吸收装置。中间电路的作用是保持直流母线电压的稳定，并通过电阻放电等形式控制电动机制动。为了加快电动机的制动过程，线路中还设计了将直流母线电压通过二极管直接加入到电动机三相绕组的直接制动电路，这一制动电路可以在驱动器逆变回路不工作时，为电动机提供制动力矩。

交流永磁同步伺服电动机伺服驱动器逆变部分通过对功率管的通断控制，将直流转变为幅值、频率可变的交流。PWM信号发生器会根据电流控制部分送出的三相绕组电压计算PWM波形中各脉冲的宽度和间隔，然后控制逆变电路中各开关器件的通断，使逆变部分输出幅值、频率可变的交流电压。

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