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交流伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

交流伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理


交流伺服電機(jī)通常都是單相異步電動(dòng)機(jī),有鼠籠形轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種結(jié)構(gòu)形式。與普通電機(jī)一樣,交流伺服電機(jī)也由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子上有兩個(gè)繞組,即勵(lì)磁繞組和控制繞組,兩個(gè)繞組在空間相差90°電角度。固定和保護(hù)定子的機(jī)座一般用硬鋁或不銹鋼制成?;\型轉(zhuǎn)子交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子和普通三相籠式電機(jī)相同。杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3-12由外定子4,杯形轉(zhuǎn)子3和內(nèi)定子5三


部分組成。它的外定子和籠型轉(zhuǎn)子交流伺服電機(jī)相同,轉(zhuǎn)子則由非磁性導(dǎo)電材料(如銅或鋁)制成空心杯形狀,杯子底部固定在轉(zhuǎn)軸7上。空心杯的壁很?。ㄐ∮?.5mm),因此轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小。內(nèi)定子由硅鋼片疊壓而成,固定在一個(gè)端蓋1、


8上,內(nèi)定子上沒(méi)有繞組,僅作磁路用。電機(jī)工作時(shí),內(nèi)﹑外定子都不動(dòng),只有杯形轉(zhuǎn)子在內(nèi)、外定子之間的氣隙中轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于輸出功率較小的交流伺服電機(jī),常將勵(lì)磁繞組和控制繞組分別安放在內(nèi)、外定子鐵心的槽內(nèi)。交流伺服電機(jī)的工作原理和單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)無(wú)本質(zhì)上的差異。但是,交流伺服電機(jī)必須具備一個(gè)性能,就是能克服交流伺服電機(jī)的所謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象,即無(wú)控制信號(hào)時(shí),它不應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng),特別是當(dāng)它已在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),如果控制信號(hào)消失,它應(yīng)能立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。而普通的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)以后,如控制信號(hào)消失,往往仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)原來(lái)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),如控制繞組不加控制電壓,此時(shí)只有勵(lì)磁繞組通電產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)??梢园衙}動(dòng)磁場(chǎng)看成兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同樣的大小和轉(zhuǎn)速,向相反方向旋轉(zhuǎn),所建立的正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分別切割籠型繞組(或杯形壁)并感應(yīng)出大小相同,相位相反的電動(dòng)勢(shì)和電流(或渦流),這些電流分別與各自的磁場(chǎng)作用產(chǎn)生的力矩也大小相等、方向相反,合成力矩為零,伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不起來(lái)。一旦控制系統(tǒng)有偏差信號(hào),控制繞組就要接受與之相對(duì)應(yīng)的控制電壓。在一般情況下,電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。一個(gè)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以看成是由兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)合成起來(lái)的。這兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)幅值不等(與原橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向相同的正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)大,與原轉(zhuǎn)向相反的反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)?。?,但以相同的速度,向相反的方向旋轉(zhuǎn)。它們切割轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的電勢(shì)和電流以及產(chǎn)生的電磁力矩也方向相反、大小不等(正轉(zhuǎn)者大,反轉(zhuǎn)者?。┖铣闪夭粸榱悖运欧姍C(jī)就朝著正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),隨著信號(hào)的增強(qiáng),磁場(chǎng)接近圓形,此時(shí)正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及其力矩增大,反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及其力矩減小,合成力矩變大,如負(fù)載力矩不變,轉(zhuǎn)子的速度就增加。如果改變控制電壓的相位,即移相180o,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相反,因而產(chǎn)生的合成力矩方向也相反,伺服電機(jī)將反轉(zhuǎn)。若控制信號(hào)消失,只有勵(lì)磁繞組通入電流,伺服電機(jī)產(chǎn)生的磁場(chǎng)將是脈動(dòng)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子很快地停下來(lái)。為使交流伺服電機(jī)具有控制信號(hào)消失,立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)的功能,把它的轉(zhuǎn)子電阻做得特別大,使它的臨界轉(zhuǎn)差率Sk大于1。在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,


如果控制信號(hào)降為“零”,勵(lì)磁電流仍然存在,氣隙中產(chǎn)生一個(gè)脈動(dòng)磁場(chǎng),此脈動(dòng)磁場(chǎng)可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的合成。圖3-13畫(huà)出正向及反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體后產(chǎn)生的力矩一轉(zhuǎn)速特性曲線1、2,以及它們的合成特性曲


線3。圖3-13b中,假設(shè)電動(dòng)機(jī)原來(lái)在單一正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的帶動(dòng)下運(yùn)行于A點(diǎn),此時(shí)負(fù)載力矩是。一旦控制信號(hào)消失,氣隙磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為脈動(dòng)磁場(chǎng),它可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的合成,電機(jī)即按合成特性曲線3運(yùn)行。由于轉(zhuǎn)子的慣性,運(yùn)行點(diǎn)由A點(diǎn)移到B點(diǎn),此時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了一個(gè)與轉(zhuǎn)子原來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相


反的制動(dòng)力矩。在負(fù)載力矩和制動(dòng)力矩的作用下使轉(zhuǎn)子迅速停止。必須指出,普通的兩相和三相異步電動(dòng)機(jī)正常情況下都是在對(duì)稱狀態(tài)下工作,不對(duì)稱運(yùn)行屬于


故障狀態(tài)。而交流伺服電機(jī)則可以靠不同程度的不對(duì)稱運(yùn)行來(lái)達(dá)到控制目的。這是交流伺服電機(jī)在運(yùn)行上與普通異步電動(dòng)機(jī)的根本區(qū)別。

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