交流伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)用趨勢(shì)

自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅在理論上飛速發(fā)展，在其應(yīng)用器件上也日新月異。模塊化、數(shù)字化、高精度、長(zhǎng)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(jī)特性軟，并且其輸出特性不是單值的;步進(jìn)電機(jī)一般為開環(huán)控制而無法準(zhǔn)確定位，電動(dòng)機(jī)本身還有速度諧振區(qū)，pwm調(diào)速系統(tǒng)對(duì)位置跟蹤性能較差，變頻調(diào)速較簡(jiǎn)單但精度有時(shí)不夠，直流電機(jī)伺服系統(tǒng)以其優(yōu)良的性能被廣泛的應(yīng)用于位置隨動(dòng)系統(tǒng)中，但其也有缺點(diǎn)，例如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在超低速時(shí)死區(qū)矛盾突出，并且換向刷會(huì)帶來噪聲和維護(hù)保養(yǎng)問題。新型的永磁交流伺服電機(jī)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(jī)系統(tǒng)

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

功率驅(qū)動(dòng)

對(duì)于在雷達(dá)上經(jīng)常使用的直流伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率放大部分，當(dāng)天線重量輕，轉(zhuǎn)速慢，驅(qū)動(dòng)功率較小時(shí)，一般為幾十瓦，可以直接用直流電源控制電動(dòng)機(jī)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)功率要求在近千瓦或千瓦以上時(shí)，選擇驅(qū)動(dòng)方案，也即放大直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流，就是設(shè)計(jì)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(jī)放大機(jī)等等。對(duì)于千瓦級(jí)的晶體管功放使用的較少?？煽毓杓夹g(shù)在上世紀(jì)60～70年代初得到快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，但因當(dāng)時(shí)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(dòng)模塊一般都為晶體管或晶閘管制造。電機(jī)放大機(jī)是傳統(tǒng)的直流伺服電機(jī)的功放裝置，因其控制簡(jiǎn)單，結(jié)實(shí)耐用，新型號(hào)的雷達(dá)產(chǎn)品上仍有采用。下面主要以放大電機(jī)為例，和交流伺服電機(jī)比較其優(yōu)缺點(diǎn)。

放大電機(jī)常稱為擴(kuò)大機(jī)，一般是用交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)串聯(lián)的兩級(jí)直流發(fā)電機(jī)組，以此來實(shí)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(bǔ)平衡對(duì)稱輸入，當(dāng)系統(tǒng)輸入不為零時(shí)打破其平衡，使放大電機(jī)有輸出信號(hào)。當(dāng)輸入電流為十幾到幾十毫安時(shí)其輸出可達(dá)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(jī)的電樞繞組上。其主要缺點(diǎn)是體積重量大，非線性度，尤其在零點(diǎn)附近不是很好，這對(duì)于要求高的系統(tǒng)需要仔細(xì)處理。

而交流伺服電機(jī)都配有專門的驅(qū)動(dòng)器，它在體積和重量上遠(yuǎn)小于同功率的放大電機(jī)，它靠?jī)?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(jī)內(nèi)的光電編碼器或霍爾器件判斷轉(zhuǎn)子當(dāng)時(shí)的位置，決定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的a、b、c三相應(yīng)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(jī)需要做專門的功放電路。這種電機(jī)一般都為永磁式的，驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的a、b、c三相變化的電流控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此稱為交流伺服電機(jī);驅(qū)動(dòng)器輸入的控制信號(hào)可以是脈沖串，也可以是直流電壓信號(hào)（一般為±10v），所以也有將其稱為直流無刷電動(dòng)機(jī)。

兩種電機(jī)的簡(jiǎn)單試驗(yàn)比較

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

在交流伺服電動(dòng)機(jī)中，除了要求電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小和方向。

根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)理論，勵(lì)磁繞組和控制繞組共同作用產(chǎn)生的是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方向也會(huì)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(chǎng)的磁通，從而改變電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)發(fā)生變化。

交流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，而Uc的相位始終保持不變，使控制電流I_c與勵(lì)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(dòng)機(jī)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(lì)磁電流I_f之間的相位角來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，在這種情況下，控制電壓U_c的大小保持不變。當(dāng)兩相電流I_c與I_f之間的相位角為0°時(shí),則轉(zhuǎn)速為0,電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

（3）幅相控制是指通過同時(shí)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。具體方法是在勵(lì)磁繞組回路中串入一個(gè)移相電容C以后,再接到穩(wěn)壓電源U₁上，這時(shí)勵(lì)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(dāng)改變控制電壓U_c的幅值來控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，由于轉(zhuǎn)子繞組與勵(lì)磁繞組之間的耦合作用，勵(lì)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(lì)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(yīng)電流。

在三種控制方法中，雖然幅相控制的機(jī)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(shè)備簡(jiǎn)單，不用移相裝置，應(yīng)用最為廣泛。

交流伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)用

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中,根據(jù)被控對(duì)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(yuǎn)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(jī)中軋輥間隙的自動(dòng)控制,軍事上火炮和雷達(dá)的自動(dòng)定位交流伺服電動(dòng)機(jī)在檢測(cè)裝置中的應(yīng)用也很多,如電子自動(dòng)電位差計(jì),電子自動(dòng)平衡電

交流伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電動(dòng)機(jī)的區(qū)別

直流伺服電動(dòng)機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子鐵芯、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸、伺服電動(dòng)機(jī)繞組換向器、伺服電動(dòng)機(jī)繞組、測(cè)速電動(dòng)機(jī)繞組。而交流伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電動(dòng)機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器。2100433B 解讀詞條背后的知識(shí) 智凡桑普雷德 各類PLC 單片機(jī)小知識(shí)

了解交流伺服電動(dòng)機(jī)

交流伺服電動(dòng)機(jī)就是一臺(tái)兩相交流異步電機(jī)。它的定子上裝有空間互差90度的兩個(gè)繞組：勵(lì)磁繞組和控制繞組，其結(jié)構(gòu)如圖所示。勵(lì)磁繞組串聯(lián)電容C , 是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個(gè)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(chǎng)。...