交流伺服電動機

交流伺服電動機與直流伺服電動機的區(qū)別

直流伺服電動機包括定子、轉(zhuǎn)子鐵芯、電動機轉(zhuǎn)軸、伺服電動機繞組換向器、伺服電動機繞組、測速電動機繞組。而交流伺服電動機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電動機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器。2100433B 解讀詞條背后的知識 智凡桑普雷德 各類PLC 單片機小知識

了解交流伺服電動機

交流伺服電動機就是一臺兩相交流異步電機。它的定子上裝有空間互差90度的兩個繞組：勵磁繞組和控制繞組，其結(jié)構(gòu)如圖所示。勵磁繞組串聯(lián)電容C , 是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。適當選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近90度,從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場。...

自動控制系統(tǒng)不僅在理論上飛速發(fā)展，在其應用器件上也日新月異。模塊化、數(shù)字化、高精度、長壽命的器件每隔3～5年就有更新?lián)Q代的產(chǎn)品面市。傳統(tǒng)的交流伺服電機特性軟，并且其輸出特性不是單值的;步進電機一般為開環(huán)控制而無法準確定位，電動機本身還有速度諧振區(qū)，pwm調(diào)速系統(tǒng)對位置跟蹤性能較差，變頻調(diào)速較簡單但精度有時不夠，直流電機伺服系統(tǒng)以其優(yōu)良的性能被廣泛的應用于位置隨動系統(tǒng)中，但其也有缺點，例如結(jié)構(gòu)復雜，在超低速時死區(qū)矛盾突出，并且換向刷會帶來噪聲和維護保養(yǎng)問題。新型的永磁交流伺服電機發(fā)展迅速，尤其是從方波控制發(fā)展到正弦波控制后，系統(tǒng)性能更好，它調(diào)速范圍寬，尤其是低速性能優(yōu)越。

交直流伺服電機系統(tǒng)

下面從功率驅(qū)動、性能、保護電路等方面，敘述其和直流伺服電機系統(tǒng)的不同特點。

功率驅(qū)動

對于在雷達上經(jīng)常使用的直流伺服系統(tǒng)的驅(qū)動電動機功率放大部分，當天線重量輕，轉(zhuǎn)速慢，驅(qū)動功率較小時，一般為幾十瓦，可以直接用直流電源控制電動機。當驅(qū)動功率要求在近千瓦或千瓦以上時，選擇驅(qū)動方案，也即放大直流電動機的電樞電流，就是設計伺服系統(tǒng)的重要部分。大功率直流電源采用較多的有:晶體管功放、晶閘管功放和電機放大機等等。對于千瓦級的晶體管功放使用的較少?？煽毓杓夹g(shù)在上世紀60～70年代初得到快速的發(fā)展和廣泛的應用，但因當時的各方面原因，如可靠性等，不少產(chǎn)品放棄了可控硅控制。集成驅(qū)動模塊一般都為晶體管或晶閘管制造。電機放大機是傳統(tǒng)的直流伺服電機的功放裝置，因其控制簡單，結(jié)實耐用，新型號的雷達產(chǎn)品上仍有采用。下面主要以放大電機為例，和交流伺服電機比較其優(yōu)缺點。

放大電機常稱為擴大機，一般是用交流異步感應電動機拖動串聯(lián)的兩級直流發(fā)電機組，以此來實現(xiàn)直流控制。兩組控制繞組，每組的輸入阻抗為幾千歐，若串接使用輸入阻抗約10千歐，一般為互補平衡對稱輸入，當系統(tǒng)輸入不為零時打破其平衡，使放大電機有輸出信號。當輸入電流為十幾到幾十毫安時其輸出可達100v以上的直流電壓和幾安到幾十安的電流，直接接到直流伺服電機的電樞繞組上。其主要缺點是體積重量大，非線性度，尤其在零點附近不是很好，這對于要求高的系統(tǒng)需要仔細處理。

而交流伺服電機都配有專門的驅(qū)動器，它在體積和重量上遠小于同功率的放大電機，它靠內(nèi)部的晶體管或晶閘管組成的開關(guān)電路，根據(jù)伺服電機內(nèi)的光電編碼器或霍爾器件判斷轉(zhuǎn)子當時的位置，決定驅(qū)動電機的a、b、c三相應輸出的狀態(tài)，因此它的效率和平穩(wěn)性都很好。所以不像控制放大電機需要做專門的功放電路。這種電機一般都為永磁式的，驅(qū)動器產(chǎn)生的a、b、c三相變化的電流控制電機轉(zhuǎn)動，因此稱為交流伺服電機;驅(qū)動器輸入的控制信號可以是脈沖串，也可以是直流電壓信號（一般為±10v），所以也有將其稱為直流無刷電動機。

兩種電機的簡單試驗比較

對兩種電機作過簡單的試驗比較:只要將系統(tǒng)原先的直流誤差信號直接接入交流伺服驅(qū)動器的模擬控制輸入端，用交流伺服電機和它的驅(qū)動器代替原先的差分功放、電機放大機和直流伺服電機，而控制部分和測角元件等均不變，簡單比較兩種方案的輸出特性。

在交流伺服電動機中，除了要求電動機不能“自轉(zhuǎn)”外，還要求改變加在控制繞組上的電壓的大小和相位能夠改變電動機轉(zhuǎn)速的大小和方向。

根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁動勢理論，勵磁繞組和控制繞組共同作用產(chǎn)生的是一個旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向是由相位超前的繞組轉(zhuǎn)向相位滯后的繞組。改變控制繞組中控制電壓的相位，可以改變兩相繞組的超前滯后關(guān)系，從而改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，交流伺服電動機轉(zhuǎn)速方向也會發(fā)生變化。改變控制電壓的大小和相位，可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的磁通，從而改變電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，交流伺服電動機轉(zhuǎn)速也會發(fā)生變化。

交流電動機的轉(zhuǎn)速控制方法有幅值控制、相位控制和幅相控制三種。

（1）幅值控制是通過改變控制電壓U_c的幅值來控制電動機的轉(zhuǎn)速，而Uc的相位始終保持不變，使控制電流I_c與勵磁電流I_f保持90°電角度的相位關(guān)系。如U_c=0則轉(zhuǎn)速為0，電動機停轉(zhuǎn)。

（2）相位控制是通過改變控制電壓U_c的相位,從而改變控制電流I_c與勵磁電流I_f之間的相位角來控制電動機的轉(zhuǎn)速，在這種情況下，控制電壓U_c的大小保持不變。當兩相電流I_c與I_f之間的相位角為0°時,則轉(zhuǎn)速為0,電動機停轉(zhuǎn)。

（3）幅相控制是指通過同時改變控制電壓U_c的幅值及I_c與I_f之間的相位角來控制電動機的轉(zhuǎn)速。具體方法是在勵磁繞組回路中串入一個移相電容C以后,再接到穩(wěn)壓電源U₁上，這時勵磁繞組上的電壓U_f=U₁-U_ef。控制繞組上加與U₁相同的控制電壓U_c，那么當改變控制電壓U_c的幅值來控制電動機轉(zhuǎn)速時，由于轉(zhuǎn)子繞組與勵磁繞組之間的耦合作用，勵磁繞組的電流I_f也隨著轉(zhuǎn)速的變化而發(fā)生變化，而使勵磁繞組兩端的電壓U_f及電容C上的電壓U_ef也隨之變化。這樣改変U_c幅值可改変U_c、U_f的幅值，以及它們之間的相位角以及相應電流。

在三種控制方法中，雖然幅相控制的機械特性和調(diào)節(jié)特性最差，但由于這種方法所采用的控制設備簡單，不用移相裝置，應用最為廣泛。

交流伺服電動機應用

在自動控制系統(tǒng)中,根據(jù)被控對象不同,有速度控制和位置控制兩種類型。尤其是位置控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠距離角度傳遞,它的工作原理是將主令軸的轉(zhuǎn)角傳遞到遠距離的執(zhí)行軸,使之再現(xiàn)主令軸的轉(zhuǎn)角位置。如工業(yè)上發(fā)電廠鍋爐閘門的開啟,軋鋼機中軋輥間隙的自動控制,軍事上火炮和雷達的自動定位交流伺服電動機在檢測裝置中的應用也很多,如電子自動電位差計,電子自動平衡電