任務(wù)3-2交流伺服電動(dòng)機(jī)原理與應(yīng)用.ppt

情景三 伺服電機(jī),任務(wù)3-2 交流伺服電動(dòng)機(jī)原理與應(yīng)用,知識(shí)目標(biāo) 1、掌握直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。 2、掌握直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理。 3、了解直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用。 能力目標(biāo) 直流伺服電動(dòng)機(jī)的接線、操作使用,交流伺服電機(jī)(AC Servo Motor) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理 交流伺服電機(jī)通常都是兩相異步電機(jī)，在定子上有兩個(gè)空間相距90度的繞組，即控制繞組和勵(lì)磁繞組。,Rotor,籠型轉(zhuǎn)子,非磁性空 心杯轉(zhuǎn)子,鐵磁性空 心杯轉(zhuǎn)子,杯壁厚0.20.8mm，J小,杯壁.53mm，J較大，有 單邊磁拉力，已較少用,工作原理： 與普通兩相異步電機(jī)的相似之處：在二相對稱繞組中通入兩對稱電流，就會(huì)在氣隙中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁場所感應(yīng)的電流與氣隙磁磁場相互作用就產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)改變其中一相電流的大小或相位時(shí)，氣隙磁場就發(fā)生變化，電磁轉(zhuǎn)矩隨之變化，電機(jī)轉(zhuǎn)速必然跟著改變，從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的控制。 區(qū)別：由于伺服電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。對其要求是：(1)轉(zhuǎn)子速度的快慢能反應(yīng)控制信號(hào)的強(qiáng)弱，轉(zhuǎn)動(dòng)方向能反應(yīng)控制信號(hào)的相位，調(diào)速范圍要寬；（2）無控制信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)子不能轉(zhuǎn)動(dòng)；（3）當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來以后，如控制信號(hào)消失，應(yīng)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)；（4）為減小體積和重量，一般采用400、500 或1000Hz。,如何滿足上述要求？增大轉(zhuǎn)子電阻！ 增大轉(zhuǎn)子電阻的三個(gè)好處： 能消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：,正常轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的單相轉(zhuǎn)矩,T=T1+T2，在正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，00。所以，只要負(fù)載轉(zhuǎn)矩不太大，轉(zhuǎn)子仍能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，不會(huì)因控制信號(hào)的消失而停轉(zhuǎn)，這種“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象使伺服電動(dòng)機(jī)失去控制，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是不允許的。,增大轉(zhuǎn)子電阻后的單相轉(zhuǎn)矩,增大轉(zhuǎn)子電阻，使sk1，則合成單相轉(zhuǎn)矩在電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)為負(fù)值，即T0。這就是說，控制信號(hào)消失后，處于單運(yùn)行狀態(tài)的電機(jī)由于電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性質(zhì)而能迅速停轉(zhuǎn)。因此，增大轉(zhuǎn)子電阻是防止交流伺服電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的有效措施。,兩相合成轉(zhuǎn)矩,可以增大調(diào)速范圍 由電機(jī)學(xué)原理知，異步電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)僅在：0ssk，而正常電機(jī)的sk=0.10.2, 所以調(diào)速范圍甚小。增大轉(zhuǎn)子電阻，使sk增大，從而增大調(diào)速范圍。 使機(jī)械特性更加線性 如右圖中，曲線3的線性度比曲線2要好。,sk1=0.2, sk2=1.1, sk3=1.8,控制方法 根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，上述結(jié)構(gòu)的交流電機(jī)，必須使定子繞組產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁勢，轉(zhuǎn)子才能轉(zhuǎn)動(dòng)。由旋轉(zhuǎn)磁場理論，對于在空間相距90電度的兩個(gè)繞組，只要它們產(chǎn)生時(shí)間上不同相的脈動(dòng)磁勢，電機(jī)氣隙中就將形成橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子獲得轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)。如果這兩個(gè)繞組的脈動(dòng)磁勢幅值相同，且時(shí)間上相差90電度，則氣隙中將形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，電機(jī)便運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)。 當(dāng)激磁繞組接至電壓值不變的激磁電源，若控制信號(hào)的大小或者它與激磁電壓間的相位發(fā)生改變，都能改變電機(jī)氣隙磁場的橢圓度，也就能夠影響電機(jī)的工作狀態(tài)，達(dá)到對電機(jī)控制的目的。據(jù)此，交流伺服電機(jī)有下列幾種控制方法：,幅值控制 控制電壓與激磁電壓之間保持90度相位差不變，通過改變控制信號(hào)（電壓）的幅值來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。,由于與激磁電壓相差90度的電壓為： 所以信號(hào)系數(shù)定義為：,脈振磁場,橢圓形磁場,圓形磁場,幅值相位控制（電容控制） 激磁回路串聯(lián)電容后接到相位和幅值都不變的激磁電源，當(dāng)改變控制電壓幅值時(shí)，由于激磁回路電流發(fā)生變化，使激磁繞組及其串聯(lián)電容上的電壓分布發(fā)生變化，從而使控制電壓與激磁繞組上的電壓間的相位角也發(fā)生變化。,當(dāng)改變控制電壓的幅值以改變轉(zhuǎn)速時(shí)，由于轉(zhuǎn)子繞組的耦合作用，激磁電流 If 的大小和相位都會(huì)改變，致使激磁繞組上的電壓的大小和相位也隨之改變。所以，這是一種幅值和相位的復(fù)合控制方式。,Cph,雙相控制 激磁電壓與控制電壓間的相位固定為90度，而激磁電壓的幅值隨控制信號(hào)的改變而同樣的改變，也就是說，不論控制信號(hào)大小，電機(jī)始終在圓形旋轉(zhuǎn)磁場下工作，可獲得最大輸出功率和效率。,交流伺服伺服電