控制器件交流伺服電動機PPT課件

1、8.1 交流伺服電動機的原理和結(jié)構(gòu)基本工作原理 第8章 交流伺服電動機第1頁/共135頁基本工作原理 8.1 交流伺服電動機的原理和結(jié)構(gòu)第8章 交流伺服電動機第2頁/共135頁基本工作原理 VV 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割旋轉(zhuǎn)磁場磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條有電流流過。 有電流流過的導(dǎo)條在磁場中受到的電磁力對轉(zhuǎn)軸形成電磁力矩，使轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動。8.1 交流伺服電動機的原理和結(jié)構(gòu)第8章 交流伺服電動機第3頁/共135頁基本工作原理 VV 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向與磁鐵的轉(zhuǎn)動方向相同，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁鐵的轉(zhuǎn)速成正比。 由于轉(zhuǎn)子自身阻轉(zhuǎn)矩以及負載阻轉(zhuǎn)矩的影響，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速要小于磁鐵轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)速，故稱異步電動機。8.1 交流

2、伺服電動機的原理和結(jié)構(gòu)第8章 交流伺服電動機第4頁/共135頁結(jié)構(gòu)特點 8.1 交流伺服電動機的原理和結(jié)構(gòu)第8章 交流伺服電動機第5頁/共135頁結(jié)構(gòu)特點 8.1 交流伺服電動機的原理和結(jié)構(gòu)第8章 交流伺服電動機第6頁/共135頁結(jié)構(gòu)特點 8.1 交流伺服電動機的原理和結(jié)構(gòu)第8章 交流伺服電動機第7頁/共135頁8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 兩相對稱繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 對稱兩相繞組：勵磁繞組和控制繞組空間軸線相互垂直，有效匝數(shù)相等，通入的交流電幅值相等，相位相差9090 . )90sin(sin0tIitIimfmk 第8章 交流伺服電動機第8頁/共135頁8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 對

3、稱兩相繞組：勵磁繞組和控制繞組空間軸線相互垂直，有效匝數(shù)相等，通入的交流電幅值相等，相位相差9090 . )90sin(sin0tBBtBBmfmk 第8章 交流伺服電動機兩相對稱繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第9頁/共135頁8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 0t時刻：0 kBmfBB )90sin(sin0tBBtBBmfmk 0t0 t 第8章 交流伺服電動機兩相對稱繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第10頁/共135頁0t8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 mfBB22 )90sin(sin0tBBtBBmfmk 1t時刻：4 tmkBB22 1t第8章 交流伺服電動機兩相對稱繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第11頁/共135

4、頁0t1t8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 0 fB )90sin(sin0tBBtBBmfmk 2t時刻：2 tmkBB 2t第8章 交流伺服電動機兩相對稱繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第12頁/共135頁0t2t1t8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 mfBB )90sin(sin0tBBtBBmfmk 3t時刻： t0 kB3t第8章 交流伺服電動機兩相對稱繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第13頁/共135頁3t0t2t1t8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 0 fB )90sin(sin0tBBtBBmfmk 4t時刻：23 tmkBB 4t第8章 交流伺服電動機兩相對稱繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第14頁/共135頁3t0

5、t2t1t4t8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 )90sin(sin0tBBtBBmfmk 5t時刻： 2 t與 t0 時刻相同5t第8章 交流伺服電動機兩相對稱繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第15頁/共135頁8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 )90sin(sin0tBBtBBmfmk tBBtBBmfmk cossin12222 mfmkBBBB3t0t2t1t4t5t第8章 交流伺服電動機兩相對稱繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第16頁/共135頁8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 )90sin(sin0tBBtBBmfmk 3t0t2t1t4t5t第8章 交流伺服電動機兩相對稱繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第17頁/共135

6、頁8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 兩相系統(tǒng)中，兩個脈振磁通軸線垂直，相位差為9090，幅值相等，其合成磁場必然是一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場。kkffWIWI kWWII kffk3t0t2t1t4t5t第8章 交流伺服電動機兩相對稱繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第18頁/共135頁8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動方向 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向是從流過超前電流的繞組軸線轉(zhuǎn)到流過滯后電流的繞組軸線。 )90sin(sin0tBBtBBmfmk 3t0t2t1t4t5t第8章 交流伺服電動機第19頁/共135頁8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動方向 任意一個繞組上所加的電壓反相時，原來是超前電流的就變成

7、滯后電流，因而旋轉(zhuǎn)磁場和電機的轉(zhuǎn)向也發(fā)生變化。第8章 交流伺服電動機第20頁/共135頁8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 兩極電機，電流每變化一周，磁場旋轉(zhuǎn)一圈。)60)(rpmsrffns f=50f=50 Hz Hz時：)30005060(rpm snf=400f=400 Hz Hz時：)2400040060(rpm sn第8章 交流伺服電動機第21頁/共135頁8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 四極電機: :兩個控制繞組和兩個勵磁繞組分別串聯(lián)，在圓周上間隔均勻地分布。第8章 交流伺服電動機第22頁/共135頁8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 當(dāng)四

8、極電機所通的相位差為9090 的兩相交流電變化一周時，)60)(rpmsrpfpfns 1t2t4t3t2t3t4t5t合成磁場旋轉(zhuǎn)半周。第8章 交流伺服電動機第23頁/共135頁kWWIIkffk kUjUfk 第8章 交流伺服電動機 產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第24頁/共135頁kkffWIWI kWWIIkffk fkIjkI kEjEfk 兩繞組處在同樣的槽中，體積相等。kllSSkffk SlR 22)(kWWRRkfkf 第8章 交流伺服電動機 產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第25頁/共135頁fkIjkI kEjEfk 22)(

9、kWWRRkfkf IWLX GWIWWX22 22)(kWWXXkfkf 第8章 交流伺服電動機 產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第26頁/共135頁fkIjkI kEjEfk 22)(kWWRRkfkf kkkkkkXI jRIEU 22kXIjjkkRIjkkEjfffff 22)(kWWXXkfkf kUjf 第8章 交流伺服電動機 產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第27頁/共135頁kWWIIkffk kUjUfk 應(yīng)用：在某些場合下，如采用晶體管伺服放大器時，控制電壓往往比勵磁電壓低，應(yīng)選用控制繞組匝數(shù)少于勵磁繞組匝數(shù)的電機。 第8章 交

10、流伺服電動機 產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件8.2 兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場 第28頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率 電磁力矩是由有電流流過的鼠籠轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在磁場中受到的電磁力產(chǎn)生的，而轉(zhuǎn)子電流則是由轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割定子磁場磁力線所產(chǎn)生的。 電磁力矩的大小，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的差值成正比。nnn s sssnnnnns 第8章 交流伺服電動機第29頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率 電磁力矩是由有電流流過的鼠籠轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在磁場中受到的電磁力產(chǎn)生的，而轉(zhuǎn)子電流則是由轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割定子磁場磁力線所產(chǎn)生的。 電磁力矩的大小，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的差值成正比

11、。sssnnnnns )1 (snns 第8章 交流伺服電動機第30頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率 電磁力矩是由有電流流過的鼠籠轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在磁場中受到的電磁力產(chǎn)生的，而轉(zhuǎn)子電流則是由轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割定子磁場磁力線所產(chǎn)生的。 電磁力矩的大小，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的差值成正比。 snITRL)1 (snns 第8章 交流伺服電動機第31頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率 電磁力矩是由有電流流過的鼠籠轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在磁場中受到的電磁力產(chǎn)生的，而轉(zhuǎn)子電流則是由轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割定子磁場磁力線所產(chǎn)生的。 電磁力矩的大小，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的差值成正比。)1

12、 (snns snns , 00 1 ns,第8章 交流伺服電動機第32頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電壓平衡方程式 轉(zhuǎn)子不動時zpnffH60sRs 感應(yīng)電勢頻率第8章 交流伺服電動機第33頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電壓平衡方程式 轉(zhuǎn)子不動時 lBEmcm fpDpfDnDssss606060 fpDs 感應(yīng)電勢幅值第8章 交流伺服電動機第34頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電壓平衡方程式 轉(zhuǎn)子不動時 lBEmcm fpDs m0mp2sin1 BdBB lB ppDs2 lDpBsm 感應(yīng)電勢幅值第8章 交流伺服電動機第35頁/共135頁8.3

13、圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電壓平衡方程式 轉(zhuǎn)子不動時 lBEmcm fpDs lDpBsm ffpDllDpEss cm fEE22. 221cmc 感應(yīng)電勢幅值第8章 交流伺服電動機第36頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電壓平衡方程式 轉(zhuǎn)子不動時 fWEWEfcff44. 42 勵磁繞組：控制繞組： fWEWEkckk44. 42 轉(zhuǎn)子繞組： fWEWERcRR44. 42 感應(yīng)電勢幅值第8章 交流伺服電動機第37頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電壓平衡方程式 轉(zhuǎn)子不動時漏磁電勢勵磁繞組：fffXI jE 控制繞組：kkkXI jE 轉(zhuǎn)子繞組：RRRXI jE 第8章 交

14、流伺服電動機第38頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電壓平衡方程式 轉(zhuǎn)子不動時電阻壓降勵磁繞組：ffrfRIE 控制繞組：轉(zhuǎn)子繞組：kkrkRIE RRrRRIE 第8章 交流伺服電動機第39頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電壓平衡方程式 轉(zhuǎn)子不動時勵磁繞組：轉(zhuǎn)子繞組：電壓平衡方程式ffffffXI jRIEU 控制繞組：kkkkkkXI jRIEU RRRRRXI jRIE WfE44. 4 第8章 交流伺服電動機第40頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電壓平衡方程式 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時定子繞組與轉(zhuǎn)子不動時相同勵磁繞組：控制繞組：ffffffXI jRIEU kkkk

15、kkXI jRIEU WfE44. 4 dttdiLRtitetuaaaaaa)()()()( 與直流電機比較：第8章 交流伺服電動機第41頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電壓平衡方程式 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子切割磁力線的轉(zhuǎn)速變?yōu)閚 n fWERR44. 4 ssnn sfWERRs44. 4 RsE RsREsE RRssXX RRRXI jE sXI jRIEsRRRRR sffR 第8章 交流伺服電動機第42頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電壓平衡方程式 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時勵磁繞組：控制繞組：轉(zhuǎn)子繞組：電壓平衡方程式ffffffXI jRIEU kkkkkkXI jRIEU sX

16、I jRIEsRRRRR WfE44. 4 第8章 交流伺服電動機第43頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩轉(zhuǎn)子繞組存在漏電抗，轉(zhuǎn)子阻抗是電感性的，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流要落后于電勢一個阻抗角R R.0sinRm1Ee sinRm2Ee 2sinRm3Ee 9sinRm10Ee )1sin(Rm xEex第8章 交流伺服電動機第44頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩0sinRm1Ee sinRm2Ee 2sinRm3Ee 9sinRm10Ee )1sin(Rm xEex)1sin(RmRxxIi )1sin( xBFmxlxIR)1sin(Rm 第8章 交流伺服電動

17、機第45頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩0sinRm1Ee sinRm2Ee 2sinRm3Ee 9sinRm10Ee )1sin(Rm xEex)1sin(RmRxxIi )1sin( xBFmxlxIR)1sin(Rm )1sin( xlIBFRmmx)1sin(Rx )cos()cos(21sinsinBABABA第8章 交流伺服電動機第46頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩)1(2coscos21RRRmmxxlIBF )1sin( xlIBFRmmx)1sin(Rx )cos()cos(21sinsinBABABA第8章 交流伺服電動機第47頁/

18、共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩)1(2coscos21RRRmmxxlIBF RZxxRFDT12 RZxRRmmRxlIBD1)1(2cos4 RZ 20RRRmmRlZIBD cos4 第8章 交流伺服電動機第48頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩)1(2coscos21RRRmmxxlIBF RZxxRFDT12RRm2IIlDpBsm DsDR RRRcos42 IpZT RRRmmRcos4 lZIBDT aTICT 轉(zhuǎn)子電流有功分量第8章 交流伺服電動機第49頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩)1(2coscos21RRRmmx

19、xlIBF 102RZxxRFDTRRm2IIlDpBsm DsDR RRRcos42 IpZT RRRmmRcos4 lZIBDT aTICT T與輸入電壓的關(guān)系第8章 交流伺服電動機第50頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩RRRcos42 IpZT sXI jRIEsRRRRR 22)(RRRRRsXsEI 22)(sRXEIRRRR T與輸入電壓的關(guān)系ffRREWWE ffEU 第8章 交流伺服電動機第51頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩RRRcos42 IpZT sXI jRIEsRRRRR 22)(sRXEIRRRR T與輸入電壓的關(guān)系22)(s

20、RXWUWIRRffRR ffRREWWE ffEU 第8章 交流伺服電動機第52頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩RRRcos42 IpZT 22)(sRXWUWIRRffRR fWEff44. 4 fWUff44. 4 ffEU fWUff 22 第8章 交流伺服電動機第53頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩RRRcos42 IpZT sXI jRIEsRRRRR )(sjXRIEsRRRR 22)(sRXWUWIRRffRR fWUff 22 第8章 交流伺服電動機第54頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩RRRcos42 IpZT )

21、(sjXRIEsRRRR 22)(cosRRRRRsXR 22)(sRXWUWIRRffRR fWUff 22 第8章 交流伺服電動機第55頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩RRRcos42 IpZT 22)(cossRXsRRRRR 22)(cosRRRRRsXR 22)(sRXWUWIRRffRR fWUff 22 第8章 交流伺服電動機第56頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 電磁力矩RRRcos42 IpZT 22)(cossRXsRRRRR 22)(sRXWUWIRRffRR fWUff 22 )(4222sRXfsWURpWZTRR2ffRRR 第8章 交

22、流伺服電動機第57頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 機械特性)(4222sRXfsWURpWZTRR2ffRRR 機械特性：Uf保持一定時，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。)(422RR2fR2fRRdRXfWRUpWZT s=1時，n=0：第8章 交流伺服電動機第58頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 )(4222sRXfsWURpWZTRR2ffRRR 機械特性：Uf保持一定時，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。對s求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)為0：RRmXRs R2f2fRRfXWUpWZT 8max 第8章 交流伺服電動機 機械特性第59頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 穩(wěn)定性的概念第8章 交流伺服電

23、動機 機械特性第60頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 下降段h TnTL 穩(wěn)定性的討論穩(wěn)定區(qū) 上升段ah TnTL不穩(wěn)定區(qū) 第8章 交流伺服電動機 機械特性第61頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 0/ dndT臨界轉(zhuǎn)差率穩(wěn)定工作區(qū)1 RRmXRs)(422RR2fR2fRRdRXfWRUpWZT 第8章 交流伺服電動機 機械特性第62頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 阻尼系數(shù)D D ndTdD55. 9 055.9nTDd 211255. 9nnTTD 第8章 交流伺服電動機 機械特性第63頁/共135頁8.3 圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 阻尼系數(shù)D D ndTdD55

24、. 9 D值越大，轉(zhuǎn)矩的變化對轉(zhuǎn)速的影響越小，電機運行也就越穩(wěn)定。 第8章 交流伺服電動機 機械特性第64頁/共135頁8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 兩個繞組所產(chǎn)生的磁勢幅值不等時 tBBtBBmfmk cossinkmfmBB kkffWIWI tBBtBBmfmk cossin1 fmkmBB 第8章 交流伺服電動機第65頁/共135頁8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 兩個繞組所產(chǎn)生的磁勢幅值不等時 0t0t時刻：0 kBmfBB 0 t tBBtBBmfmk cossin第8章 交流伺服電動機第66頁/共135頁8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析

25、橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 兩個繞組所產(chǎn)生的磁勢幅值不等時 0t1t時刻：mkBB22 4 tmfBB22 1t tBBtBBmfmk cossin第8章 交流伺服電動機第67頁/共135頁8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 兩個繞組所產(chǎn)生的磁勢幅值不等時 0t2t時刻：mkBB 2 t0 fB1t2t tBBtBBmfmk cossin第8章 交流伺服電動機第68頁/共135頁8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 兩個繞組所產(chǎn)生的磁勢幅值不等時 0t3t時刻：0 kB tmfBB 1t2t3t tBBtBBmfmk cossin第8章 交流伺服電動機第69頁/共1

26、35頁8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 兩個繞組所產(chǎn)生的磁勢幅值不等時 0t4t時刻：mkBB 23 t0 fB1t2t3t4t tBBtBBmfmk cossin第8章 交流伺服電動機第70頁/共135頁8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 兩個繞組所產(chǎn)生的磁勢幅值不等時 0t5t時刻： 2 t1t2t3t4t與 t0 時刻相同5t tBBtBBmfmk cossin第8章 交流伺服電動機第71頁/共135頁8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 兩個繞組所產(chǎn)生的磁勢幅值不等時 0t1t2t3t4t5t122222 mfmkBBBB tBBt

27、BBmfmk cossin第8章 交流伺服電動機第72頁/共135頁8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 兩個繞組電流相位差不等于9090度 tBBtBBmfmk cos)cos1(sinsin cos1sin)cos1 (1mmBB12122122 mfmkBBBB 第8章 交流伺服電動機第73頁/共135頁8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 兩個繞組電流相位差不等于9090度122222 mfmkBBBB 兩個繞組所產(chǎn)生的磁勢幅值不等時 為橢圓度 越小，橢圓越扁。 =1時，為圓形旋轉(zhuǎn)磁場； =0時，為脈振磁場。第8章 交流伺服電動機第74頁/共135頁8.

28、4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的分解 tBBtBBmfmk cossintBBtBBmfmk cos)2121(sin)2121(第8章 交流伺服電動機第75頁/共135頁8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的分解 tBBtBBmfmk cos21sin2111 2121fffkkkBBBBBB tBBtBBmfmk cos21sin2122第8章 交流伺服電動機 tBBtBBmfmk cossin第76頁/共135頁8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的分解 tBBtBBmfmk cos21sin2111 tBBtBBmfmk cos21sin2122 橢圓形

29、旋轉(zhuǎn)磁場可以分解為一個幅值大的同方向圓形旋轉(zhuǎn)磁場，和一個幅值小的反方向圓形旋轉(zhuǎn)磁場。第8章 交流伺服電動機第77頁/共135頁 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場可以分解成兩個轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，總的電磁力矩也是這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場電磁力矩之差。第8章 交流伺服電動機8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的機械特性 第78頁/共135頁ssnnns正正正正反反snnnnnnns2)(2sssss第8章 交流伺服電動機8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的機械特性 第79頁/共135頁圓形旋轉(zhuǎn)磁場電磁力矩：)(4222sRXfsWURpWZTRR2ffRRR fWEUfff44. 4 電機參數(shù)和

30、轉(zhuǎn)差率s s一定時：2 T22mB +2mBT 第8章 交流伺服電動機8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的機械特性 第80頁/共135頁fmefmBBB2121 正fmefmBBB2121 反102102)21()(TTBBTem 正正20)(mBBTT 202202)21()(TTBBTem 反反第8章 交流伺服電動機8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的機械特性 第81頁/共135頁102102)21()(TTBBTem 正正202202)21()(TTBBTem 反反T=T正-T反正正反反ss 22 , 11 , 0反反正正ss第8章 交流伺服電動機8.4 橢圓形旋

31、轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的機械特性 第82頁/共135頁T=T正-T反第8章 交流伺服電動機8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的機械特性 第83頁/共135頁 堵轉(zhuǎn)特性：伺服電動機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與控制電壓的 關(guān)系曲線，即T Td d= =( ( e e) )曲線。 T=T正-T反d0ed02ed02ed)21()21(TTTT Td0對稱運行時的堵 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。第8章 交流伺服電動機8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的機械特性 第84頁/共135頁 堵轉(zhuǎn)特性：伺服電動機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與控制電壓的 關(guān)系曲線，即T Td d= =( ( e e) )曲線。 d0ed02ed02ed)

32、21()21(TTTT Td0對稱運行時的堵 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。第8章 交流伺服電動機8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的機械特性 第85頁/共135頁機械特性實用表達式 用多項式逼近曲線：2d010AnBnTTHTTnn22d010s時時，010Tnns時，時，H24snHAsd04nTHB第8章 交流伺服電動機8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 第86頁/共135頁用多項式逼近曲線：2d010AnBnTT24snHAHsd04nTHB2)2(0dsTnTH220AnBnTTdo 第8章 交流伺服電動機機械特性實用表達式 8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 第87頁/共135頁用多項式逼近曲線：2

33、d010AnBnTT24snHAsd04nTHB202e102e)21()21(TTT )()21(2d02eAnBnT )()21(2d02eAnBnT 2e2ed0)1(2AnnBTe 220AnBnTTdo 2)2(0dsTnTH第8章 交流伺服電動機機械特性實用表達式 8.4 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場運行分析 第88頁/共135頁8.5 交流伺服電動機的控制 交流伺服電動機控制的基本概念 勵磁繞組接在恒值的交流電源上，其值等于額定勵磁電壓； 勵磁繞組電壓與控制繞組電壓之間固定地保持90 的相位差； 控制繞組電壓的幅值由控制電路控制，用來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 一般通過使控制繞組電壓反向來控制電動機反

34、向轉(zhuǎn)動； 第8章 交流伺服電動機第89頁/共135頁8.5 交流伺服電動機的控制 轉(zhuǎn)速控制與調(diào)節(jié)特性有效信號系數(shù) e：控制電壓Uk與額定控制電壓 Ukn的比值。 有效信號系數(shù) e不但可以表示控制電壓的值，而且也可表示電機不對稱運行的程度。knkeUU , 0knkUU 1 , 0 e e越小，不對稱程度也就越大。 第8章 交流伺服電動機第90頁/共135頁8.5 交流伺服電動機的控制 轉(zhuǎn)速控制與調(diào)節(jié)特性定子繞組電阻壓降和漏磁電勢很小，因此有：fmkmknkeUU efmfkmkfkfnkWWEEUU fmkmfmkmBBfkfnknWWkUU 1 e與 的關(guān)系fmkmfnkkUU 1knfnk

35、UU 第8章 交流伺服電動機第91頁/共135頁8.5 交流伺服電動機的控制 調(diào)節(jié)特性：T TL L一定時，轉(zhuǎn)速與 e的關(guān)系第8章 交流伺服電動機轉(zhuǎn)速控制與調(diào)節(jié)特性第92頁/共135頁8.5 交流伺服電動機的控制 幅值控制時，通過調(diào)節(jié)控制繞阻電壓幅值來控制電機轉(zhuǎn)速，也就是調(diào)節(jié)有效信號系數(shù) e. e由0.25變?yōu)?.5： LTbcanabna點跳到c點, TTL；na增大為nb, T=TL。第8章 交流伺服電動機轉(zhuǎn)速控制與調(diào)節(jié)特性第93頁/共135頁 三相交流電有中點：AUBUCUCBUA、B、C三相電源依次相差120 相位角。三相交流電一相相電壓與其余兩相線電壓相位相差90 .CBAUU第8章

36、 交流伺服電動機8.5 交流伺服電動機的控制 相位控制方法第94頁/共135頁 三相交流電沒有中點：利用變壓器得到線電壓利用變壓器中心抽頭第8章 交流伺服電動機8.5 交流伺服電動機的控制 相位控制方法第95頁/共135頁直接利用三相電源的任意兩相線電壓 三相交流電源三個線電壓的相位互差120 ； 系統(tǒng)中其它元件（如自整角機，伺服放大器等）也存在相位移，使得加到伺服電動機定子繞組上的兩個電壓能接近90 的相位差。 簡單方便，但相位誤差比較大。 第8章 交流伺服電動機8.5 交流伺服電動機的控制 相位控制方法第96頁/共135頁 交流伺服電動機勵磁繞組直接接到電源；控制信號經(jīng)過移相網(wǎng)絡(luò)移相再加到

37、控制繞組，使控制電壓與系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓成90o相移。 第8章 交流伺服電動機移相網(wǎng)絡(luò)8.5 交流伺服電動機的控制 相位控制方法第97頁/共135頁 單相電源直接供給敏感元件，經(jīng)過放大器后給控制繞組供電；同時，通過串聯(lián)電容器C C供給伺服電動機的勵磁繞組，使控制繞組電壓與勵磁繞組電壓成90o相移。 電容移相第8章 交流伺服電動機8.5 交流伺服電動機的控制 相位控制方法第98頁/共135頁 勵磁繞組回路中串聯(lián)電容器C C后，勵磁繞組兩端的電壓相位將超前與電源電壓相位。 選擇電容值，可以使勵磁繞組電壓超前控制繞組電壓90o。cfUUU UkUkIk fUcUfIf f 第8章 交流伺服電動機8.5 交

38、流伺服電動機的控制 相位控制方法電容移相分析第99頁/共135頁fcfUU sin cfcfffXIUZIU cfcfffcfXZXIZIUU ffcZX sin UkIkUk fUcUfIf f kUkI第8章 交流伺服電動機8.5 交流伺服電動機的控制 相位控制方法電容移相分析第100頁/共135頁ffcZX sin CfCXc 2101066 UkIkUk fUcUfIf f )(102sin6FZfCff kUkI第8章 交流伺服電動機8.5 交流伺服電動機的控制 相位控制方法電容移相分析第101頁/共135頁ffUU tan fcUU sec 串聯(lián)電容后，電容器上的電壓會超過電源電壓

39、，勵磁繞組電壓一般也會超過電源電壓。 UkIkUk fUcUfIf f )(102sin6FZfCff kUkI第8章 交流伺服電動機8.5 交流伺服電動機的控制 相位控制方法電容移相分析第102頁/共135頁 阻抗Z Zf f和阻抗角 f f隨轉(zhuǎn)速變化。 UkIkUk fUcUfIf f 某一轉(zhuǎn)速下測得的Z Zf f和 f f確定的電容值，只能保證該轉(zhuǎn)速下相位差成9090 .)(102sin6FZfCff 一般取轉(zhuǎn)速為0 0時的阻抗Z Zf0f0和阻抗角 f0f0來計算串聯(lián)電阻值。 kUkI第8章 交流伺服電動機8.5 交流伺服電動機的控制 相位控制方法電容移相分析第103頁/共135頁)(

40、102sin6FZfCff 斷開開關(guān)S：fff0IUZ 合上開關(guān)S，接上可變電容器C，并改變電容值，使電流表讀數(shù)達到最?。?ffaf0II cos第8章 交流伺服電動機8.5 交流伺服電動機的控制 相位控制方法移相電容確定第104頁/共135頁 將U和Uf分別送到示波器的水平輸入端和垂直輸入端，改變電容C值，當(dāng)示波器屏上出現(xiàn)直立橢圓時，就表示相位差為90 。 如果還要求勵磁電壓等于額定值，就必須在勵磁繞組兩端再并聯(lián)電容。 第8章 交流伺服電動機8.5 交流伺服電動機的控制 相位控制方法移相電容確定第105頁/共135頁起動：小功率交流伺服電動機，一般采用直接起動方式；功率較大的電動機，通常采用

41、串聯(lián)起動電阻降壓起動方式，也可以采用自耦變壓器來調(diào)節(jié)控制繞組電壓。 停轉(zhuǎn)：逐漸減小控制繞組電壓，使轉(zhuǎn)速逐漸變到零。在要求快速停轉(zhuǎn)時，則先把勵磁繞組電壓相位變反，使電動機轉(zhuǎn)速迅速降低。第8章 交流伺服電動機8.5 交流伺服電動機的控制 起動和停轉(zhuǎn)控制第106頁/共135頁額定電壓頻率堵轉(zhuǎn)電流和堵轉(zhuǎn)力矩額定輸出功率額定輸出力矩額定轉(zhuǎn)速自學(xué)第8章 交流伺服電動機8.6 交流伺服電動機的主要性能指標(biāo) 第107頁/共135頁8.6 交流伺服電動機的主要性能指標(biāo) 1 1、空載始動電壓、空載始動電壓U Us0s0 空載始動電壓U Us0s0：在額定勵磁電壓和空載的情況下，使轉(zhuǎn)子在任意位置開始連續(xù)轉(zhuǎn)動所需的最

42、小控制電壓，通常以額定控制電壓的百分比來表示。 U Us0s0越小，表示伺服電動機的靈敏度越高。 U Us0s0一般不大于額定控制電壓的3%3%4%.4%.第8章 交流伺服電動機第108頁/共135頁2、機械特性非線性度、機械特性非線性度k km m 在額定勵磁電壓和任意控制電壓時，實際機械特性與線性機械特性在轉(zhuǎn)矩為T Td d/2/2時的轉(zhuǎn)速偏差n n與對稱運行空載轉(zhuǎn)速n n0 0的百分比。%nnk1000maxm 一般要求km10%20% 第8章 交流伺服電動機8.6 交流伺服電動機的主要性能指標(biāo) 第109頁/共135頁3、調(diào)節(jié)特性非線性度調(diào)節(jié)特性非線性度k kv v 在額定勵磁電壓和空載

43、下，當(dāng) e e=0.7=0.7時，實際調(diào)節(jié)特性與線性調(diào)節(jié)特性的轉(zhuǎn)速偏差n n與 e e=1 =1 時的空載轉(zhuǎn)速n n0 0的百分比。%nnk1000v 一般要求kv20%25% 第8章 交流伺服電動機8.6 交流伺服電動機的主要性能指標(biāo) 第110頁/共135頁4、機電時間常數(shù)、機電時間常數(shù) j j 把 e e=1=1時的機械特性近似用一條直線代替： 0為對稱狀態(tài)下，空載時的角速度。dojTJ0 （S）第8章 交流伺服電動機8.6 交流伺服電動機的主要性能指標(biāo) 第111頁/共135頁 隨著 e e的減少： dddoTnTnTn000 jjj sTJdoj0 第8章 交流伺服電動機8.6 交流伺服

44、電動機的主要性能指標(biāo) 4、機電時間常數(shù)、機電時間常數(shù) j j 第112頁/共135頁 機械特性實用表達式： 22)1(2AnnBTTeed0e 24snHAsd04nTHB2)2(0dsTnTHH第8章 交流伺服電動機8.6 交流伺服電動機的主要性能指標(biāo) 4、機電時間常數(shù)、機電時間常數(shù) j j 第113頁/共135頁 機械特性實用表達式： 22)1(2AnnBTTeed0e 機械特性近似用直線表示： 24snHAsd04nTHB2)2(0dsTnTHnTnTTd0sed0e2)1(2 第8章 交流伺服電動機8.6 交流伺服電動機的主要性能指標(biāo) 4、機電時間常數(shù)、機電時間常數(shù) j j 第114頁

45、/共135頁nTnTTd0sed0e2)1(2 T=0 T=0 時： s2eenn 120n=0 n=0 時： doedTT dojTJ0 第8章 交流伺服電動機8.6 交流伺服電動機的主要性能指標(biāo) 4、機電時間常數(shù)、機電時間常數(shù) j j 第115頁/共135頁T=0 T=0 時： s2eenn 120n=0 n=0 時： doedTT dojTJ0 s2een 602120 do2esjTJn)1(21. 0 第8章 交流伺服電動機8.6 交流伺服電動機的主要性能指標(biāo) 4、機電時間常數(shù)、機電時間常數(shù) j j 第116頁/共135頁do2esjTJn)1(21. 0 一般交流伺服電動機的機電時

46、間常數(shù) j0.03s. . 為減小轉(zhuǎn)子慣量，電動機的轉(zhuǎn)子做成細長。 在電容伺服電動機中，為了提高堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，往往使電機在啟動時控制電壓與勵磁電壓成90的相位差。 第8章 交流伺服電動機8.6 交流伺服電動機的主要性能指標(biāo) 4、機電時間常數(shù)、機電時間常數(shù) j j 第117頁/共135頁產(chǎn)品代號：鼠籠轉(zhuǎn)子伺 服電動機 機座號：機殼外徑36mm36mm 型號說明型號說明 性能參數(shù)序號：第4 4種頻率代號：400Hz400Hz36 SL 0 4第8章 交流伺服電動機8.6 交流伺服電動機的主要性能指標(biāo) 第118頁/共135頁8.7 8.7 變頻調(diào)速技術(shù)簡介變頻調(diào)速的優(yōu)點 電機運行平穩(wěn)：采用變頻調(diào)速，可使電機的工作磁場接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場。 較高的效率和功率因數(shù)：采用變頻調(diào)速可使電機的轉(zhuǎn)差率很小，損耗小、效率較高。 調(diào)速范圍寬：頻率可以在低于和高于電源頻率的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 開環(huán)精度較高：采用數(shù)字控制時，變頻調(diào)速能夠得到較高的開環(huán)控制精度。第8章 交流伺服電動機第119頁/共135頁變頻調(diào)速原理pfns/60)1 (snns fWEUfff44. 42 Tpsfn/ )1 (60fU 2)(fUT 8.7 8.7