第2章 交流感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)

1、第第2章章 交流感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)交流感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī) 2.1 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與控制方式兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與控制方式 2.2 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的理論分析兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的理論分析 2.3 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性 2.4 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性 2.5 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和性能指標(biāo)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和性能指標(biāo) 2.6 三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及其矢量控制三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及其矢量控制 第第2章章 交流感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)交流感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)概述概述概述概述 傳統(tǒng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)是指兩相感應(yīng)伺服

2、電動(dòng)機(jī)，由于受性能限制，主要應(yīng)用于幾十瓦以下的小功率場(chǎng)合。近年來(lái)，隨著電機(jī)理論、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及自動(dòng)控制理論等學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及永磁同步電動(dòng)機(jī)的伺服性能大為改進(jìn)，采用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及永磁同步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)在高性能領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。 2.1.1 概述概述 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似。 從結(jié)構(gòu)上看，電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定子鐵心中安放多相交流繞組，轉(zhuǎn)子繞組為自行閉合的多相對(duì)稱繞組。運(yùn)行時(shí)定子繞組通入交流電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)

3、勢(shì)、產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。2.1.1 概述概述 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子定子 2.1.1 概述概述 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 2.1.1 概述概述 杯形轉(zhuǎn)子兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)杯形轉(zhuǎn)子兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 2.1.1 概述概述 異步電動(dòng)機(jī)原理演示和分析異步電動(dòng)機(jī)原理演示和分析 2.1.1 概述概述 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本原理兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本原理 2.1.1 概述概述 為了控制方便，定子為兩相繞組，在空間相差90電角度。其中一相為勵(lì)磁繞組，運(yùn)行時(shí)接至電壓為Uf的交流電

4、源上；另一相為控制繞組，施加與Uf同頻率、大小或相位可調(diào)的控制電壓Uc，通過(guò)Uc控制伺服電動(dòng)機(jī)的起、停及運(yùn)行轉(zhuǎn)速。 注意：由于勵(lì)磁繞組電壓Uf固定不變，而控制電壓Uc是變化的，故通常情況下兩相繞組中的電流不對(duì)稱，電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)也不是圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 2.1.1 概述概述 兩相繞組產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件兩相繞組產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件n 當(dāng)兩相對(duì)稱電流通入兩相對(duì)稱繞組時(shí)，在電動(dòng)機(jī)定子內(nèi)圓當(dāng)兩相對(duì)稱電流通入兩相對(duì)稱繞組時(shí)，在電動(dòng)機(jī)定子內(nèi)圓周氣隙空間里建立起一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。周氣隙空間里建立起一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。n 在兩相伺服電動(dòng)機(jī)中建立圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件還可以認(rèn)為：在兩相伺服電動(dòng)機(jī)

5、中建立圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件還可以認(rèn)為：如果兩個(gè)幅值相等的脈振磁場(chǎng)，它們的軸線在空間上相差如果兩個(gè)幅值相等的脈振磁場(chǎng)，它們的軸線在空間上相差90度電角度，在時(shí)間上相差度電角度，在時(shí)間上相差90度相位差，則它們必然合成度相位差，則它們必然合成一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 2.1.1 概述概述 圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的特點(diǎn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的特點(diǎn)n 轉(zhuǎn)向：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向是從流過(guò)超前電流的繞組軸線轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向是從流過(guò)超前電流的繞組軸線轉(zhuǎn)向流過(guò)落后電流繞組軸線。流過(guò)落后電流繞組軸線。n 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速：n = 60f/p （rpm）n 幅值：圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的幅值是恒定不變的，其值與每相脈幅值：圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的

6、幅值是恒定不變的，其值與每相脈振磁場(chǎng)的幅值相等。振磁場(chǎng)的幅值相等。 2.1.1 概述概述 圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的特點(diǎn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的特點(diǎn)n 交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之差稱為轉(zhuǎn)差。速與同步轉(zhuǎn)速之差稱為轉(zhuǎn)差。n 轉(zhuǎn)差：轉(zhuǎn)差：n = nt - nn 轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)差率：s = n / ntn 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速：n = nt（1 - s） 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求：對(duì)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求：1）伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能隨著控制電壓的變化在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。2）整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)的機(jī)

7、械特性應(yīng)接近線性，以保證伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并有利于提高控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度。3）無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。即當(dāng)控制電壓為零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)立即停轉(zhuǎn)。4）伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)要小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)要快。為此，要求伺服電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)： 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式有三種：籠型籠型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子、非磁性空心杯轉(zhuǎn)子非磁性空心杯轉(zhuǎn)子和鐵磁性空心杯轉(zhuǎn)子鐵磁性空心杯轉(zhuǎn)子。 1籠型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子 與普通籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相似，只是為了減少轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，需做的細(xì)而長(zhǎng)。轉(zhuǎn)子籠的導(dǎo)條和端環(huán)可以用銅（通常采用高電阻率的黃銅

8、或青銅等）制造，也可以采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子 非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。它的定子分為外定子和內(nèi)定子兩部分，內(nèi)外定子鐵心通常均由硅鋼片疊成。外定子鐵心槽中放置空間相距90電角度的兩相交流繞組，內(nèi)定子鐵心中一般不放繞組，僅作為磁路的一部分，以減少主磁通磁路的磁阻。在內(nèi)、外定子之間有細(xì)長(zhǎng)的空心轉(zhuǎn)子裝在轉(zhuǎn)軸上，空心轉(zhuǎn)子做成杯子形狀，所以稱為空心杯形轉(zhuǎn)子。 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 杯形轉(zhuǎn)子和籠型轉(zhuǎn)子雖然外表形狀看起來(lái)不一樣，但實(shí)質(zhì)上是一樣的，因?yàn)楸无D(zhuǎn)子可以看作是導(dǎo)條數(shù)目非常多、條與條之間緊靠在一起、而兩端

9、自行短路的籠型轉(zhuǎn)子。 3鐵磁性空心杯轉(zhuǎn)子鐵磁性空心杯轉(zhuǎn)子 由于鐵磁性空心杯轉(zhuǎn)子應(yīng)用較少，在此不做具體介紹。 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)非磁性杯形轉(zhuǎn)子與籠型轉(zhuǎn)子的比較：非磁性杯形轉(zhuǎn)子與籠型轉(zhuǎn)子的比較： 非磁性杯形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，軸承摩擦阻轉(zhuǎn)矩小。由于轉(zhuǎn)子沒(méi)有齒和槽，定、轉(zhuǎn)子間沒(méi)有齒槽粘合現(xiàn)象，恒速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子一般不會(huì)有抖動(dòng)現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 但由于它內(nèi)、外定子間的氣隙較大，所以勵(lì)磁電流大，功率因數(shù)低，降低了電機(jī)的利用率，在相同的體積與重量下，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)比籠型轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和輸出功率都小。另外，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與制造工藝都較復(fù)雜。 目前廣泛采用的是籠型轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)，只

10、有在要求轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、反應(yīng)快，以及要求轉(zhuǎn)動(dòng)非常平穩(wěn)的某些特殊場(chǎng)合下，才采用非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)。2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的電動(dòng)機(jī)特性圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的電動(dòng)機(jī)特性 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的電動(dòng)機(jī)特性圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的電動(dòng)機(jī)特性穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū) 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的電動(dòng)機(jī)特性圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的電動(dòng)機(jī)特性機(jī)械特性斜率與運(yùn)機(jī)械特性斜率與運(yùn)行穩(wěn)定性行穩(wěn)定性 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)脈振磁場(chǎng)或橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的電動(dòng)機(jī)特性脈振磁場(chǎng)或橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的電動(dòng)機(jī)特性n我們可以用幅值等于脈振磁場(chǎng)幅值的一

11、半、轉(zhuǎn)速為同我們可以用幅值等于脈振磁場(chǎng)幅值的一半、轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向彼此相反的兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)等效這步轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向彼此相反的兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)等效這個(gè)脈振磁場(chǎng)個(gè)脈振磁場(chǎng) 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)脈振磁場(chǎng)的分解脈振磁場(chǎng)的分解 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分解橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分解 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分解橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分解 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻必須足夠大的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻必須足夠大的 這是其與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比的另外一個(gè)重要特點(diǎn)。 原因：1）擴(kuò)大轉(zhuǎn)速范圍并使機(jī)械特性盡可能接近線性； 2）實(shí)現(xiàn)無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象 圖圖2-

12、2 不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖2-2所示，隨著轉(zhuǎn)子電阻的增大，穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍增加。2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 若轉(zhuǎn)子電阻足夠大，可使sm1，如圖2-2曲線3、4所示，在0s rr3 rr2 rr12.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象與轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系自轉(zhuǎn)現(xiàn)象與轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系 對(duì)于兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，取消控制電壓后，即Uc=0時(shí)，只有勵(lì)磁繞組通電，成為單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)為脈振磁場(chǎng)脈振磁場(chǎng)，該脈振磁場(chǎng)可以分解為大小相等、轉(zhuǎn)速相同、而轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（分別稱為正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

13、和反向旋轉(zhuǎn)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁場(chǎng)），如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n，則轉(zhuǎn)子相對(duì)于正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)差率為 正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T1= f（s+）如圖2-3中T1所示。snnnsss2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 相應(yīng)地，反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T2= f（s-）如圖2-3中的T2所示。電動(dòng)機(jī)的總電磁轉(zhuǎn)矩為這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩之差，即Te=T1-T2，Te與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系如圖2-3中實(shí)線所示，這便是單相脈振磁場(chǎng)作用下的機(jī)械特性單相脈振磁場(chǎng)作用下的機(jī)械特性。 由于每一圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所產(chǎn)生的機(jī)械特性的形狀與轉(zhuǎn)子電阻大小有關(guān)，顯然，由正向和反向圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)合成的單相脈振磁場(chǎng)作用下的機(jī)械特性，其形狀也必然與轉(zhuǎn)

14、子電阻大小有關(guān)。 ssnnnnnnns22)(2sssss而轉(zhuǎn)子相對(duì)于反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)差率為2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)l轉(zhuǎn)子電阻較小時(shí)：轉(zhuǎn)子電阻較小時(shí)： 單相運(yùn)行的機(jī)械特性如圖2-3 a）所示，在電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)差范圍內(nèi)（即0sT2，合成轉(zhuǎn)矩Te=T1-T20（轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速ns時(shí)除外）。 當(dāng)突然切除控制電壓，即令Uc=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而是以轉(zhuǎn)差率s1穩(wěn)定運(yùn)行于B點(diǎn)。 可見(jiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻較小，無(wú)控制信號(hào)時(shí)，電機(jī)也可能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，造成失控，這種現(xiàn)象就是所謂的“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象現(xiàn)象。 a）轉(zhuǎn)子電阻較小時(shí) 圖圖2-3 自轉(zhuǎn)現(xiàn)象與轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系自轉(zhuǎn)現(xiàn)象與轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系 2.1.2 結(jié)構(gòu)特

15、點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)l增大轉(zhuǎn)子電阻但增大轉(zhuǎn)子電阻但sm+1 時(shí)：時(shí)： 增大轉(zhuǎn)子電阻，正、反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)差率將增大，相應(yīng)的T1、T2及合成轉(zhuǎn)矩Te如圖2-3b）所示，可見(jiàn)電機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩隨之減少。 但由于在0s1的范圍內(nèi)，Te仍大部分為正值，若最大轉(zhuǎn)矩Tem仍大于TL，電機(jī)將穩(wěn)定運(yùn)行于C點(diǎn)，仍存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，只是轉(zhuǎn)速較低。 b）增大轉(zhuǎn)子電阻但sm+1 時(shí)：時(shí)： 如果轉(zhuǎn)子電阻足夠大，致使正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率sm+1，則可使單相運(yùn)行時(shí)電機(jī)的合成電磁轉(zhuǎn)矩在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)均為負(fù)值，即Te1 圖圖2-3 自轉(zhuǎn)現(xiàn)象與轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系自轉(zhuǎn)現(xiàn)象與轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)

16、特點(diǎn)l橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性： 2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)l橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性： 2.1.3 控制方式控制方式 作為控制系統(tǒng)執(zhí)行元件的交流伺服電動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行中，轉(zhuǎn)速通常不是恒定不變的，而是隨控制電壓的改變?cè)诓粩嗟刈兓?。從前面的分析知道，控制交流伺服電?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的過(guò)程，就是改變橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)橢圓度的過(guò)程。 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其勵(lì)磁繞組接到電壓為Uf的交流電源上，通過(guò)改變控制繞組電壓Uc的大小或相位控制伺服電動(dòng)機(jī)的起、停及運(yùn)行轉(zhuǎn)速。因此兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式有三種：（1）幅值控制；（

17、2）相位控制；（3）幅值-相位控制。2.1.3 控制方式控制方式 1幅值控制幅值控制 采用幅值控制時(shí)，勵(lì)磁繞組電壓始終為額定勵(lì)磁電壓UfN，通過(guò)調(diào)節(jié)控制繞組電壓的大小來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而控制電壓與勵(lì)磁電壓之間的相位角始終保持90電角度。當(dāng)控制電壓=0時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。 原理電路和電壓相量圖如圖2-4所示。 圖圖2-4 幅值控制幅值控制 圖圖2-4 幅值控制幅值控制a）原理電路圖；b）電壓相量圖 2.1.3 控制方式控制方式 1幅值控制幅值控制 2.1.3 控制方式控制方式 1幅值控制幅值控制 三相有中性點(diǎn)三相有中性點(diǎn)2.1.3 控制方式控制方式 1幅值控制幅值控制-三相無(wú)中性點(diǎn)三相無(wú)中性點(diǎn) 2.1

18、.3 控制方式控制方式 2相位控制相位控制 采用相位控制時(shí)，控制繞組和勵(lì)磁繞組的電壓大小均保持額定值不變，通過(guò)調(diào)節(jié)控制電壓的相位，即改變控制電壓與勵(lì)磁電壓之間的相位角，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。當(dāng)=0時(shí)，兩相繞組產(chǎn)生的氣隙合成磁場(chǎng)為脈振磁場(chǎng)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。 原理電路和電壓相量圖如圖2-5所示。2.1.3 控制方式控制方式 圖圖2-5 相位控制相位控制a）原理電路圖；b）電壓相量圖 2.1.3 控制方式控制方式 3幅值幅值-相位控制（電容控制）相位控制（電容控制） 這種控制方式是將勵(lì)磁繞組串聯(lián)電容Ca以后，接到交流電源 上，而控制繞組電壓 的相位始終與 相同，通過(guò)調(diào)節(jié)控制電壓的幅值來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 原理

19、電路和電壓相量圖如圖2-6所示。 采用幅值-相位控制時(shí)，勵(lì)磁繞組電壓 當(dāng)調(diào)節(jié)控制繞組電壓的幅值改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，由于轉(zhuǎn)子繞組的耦合作用，勵(lì)磁繞組電流 會(huì)發(fā)生變化，使勵(lì)磁繞組電壓 及串聯(lián)電容上的電壓 也隨之改變，因此控制繞組電壓 和勵(lì)磁繞組電壓 的大小及它們之間的相位角都隨之改變，故稱為幅值-相位控制，也稱為電容控制。1UcU1UCa1fUUUfUCaUcU2.1.3 控制方式控制方式 3幅值幅值-相位控制（電容控制）相位控制（電容控制） 2.1.3 控制方式控制方式 3幅值幅值-相位控制（電容控制）相位控制（電容控制） 2.1.3 控制方式控制方式 幅值-相位控制方式不需要復(fù)雜的移相裝置，利

20、用串聯(lián)電容就能在單相交流電源上獲得控制電壓和勵(lì)磁電壓的分相，所以設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低，是實(shí)際應(yīng)用中最常見(jiàn)的一種控制方式。 2.3.1 幅值控制時(shí)的特性幅值控制時(shí)的特性2.3.2 相位控制時(shí)的特性相位控制時(shí)的特性2.3.3 幅值幅值-相位控制相位控制 2.3 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性2.3 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性概述概述 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性主要是指其機(jī)械特性機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性，隨著控制方式不同，其靜態(tài)特性也有所不同，下面分別進(jìn)行討論。 2.3.1 幅值控制時(shí)的特性幅值控制時(shí)的特性 有效信號(hào)系數(shù)及獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條

21、件有效信號(hào)系數(shù)及獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件Uk為實(shí)際控制電壓Uke為額定控制電壓kekeUU2.3.1 幅值控制時(shí)的特性幅值控制時(shí)的特性 機(jī)械特性線性化機(jī)械特性線性化 2.3.1 幅值控制時(shí)的特性幅值控制時(shí)的特性 機(jī)械特性線性化機(jī)械特性線性化 2.3.1 幅值控制時(shí)的特性幅值控制時(shí)的特性 轉(zhuǎn)速控制的物理過(guò)程轉(zhuǎn)速控制的物理過(guò)程 2.3.1 幅值控制時(shí)的特性幅值控制時(shí)的特性 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性是指電磁轉(zhuǎn)矩一定時(shí)轉(zhuǎn)速與控制電壓的關(guān)系，對(duì)幅值控制來(lái)說(shuō)，就是Te*=常數(shù)時(shí)，n*= f（e）的關(guān)系曲線。 從兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式直接推導(dǎo)出其調(diào)節(jié)特性是相當(dāng)繁雜的，所以各種控制

22、方式下的調(diào)節(jié)特性曲線都是根據(jù)相應(yīng)的機(jī)械特性曲線用作圖法求得。繪制某一轉(zhuǎn)矩值下的調(diào)節(jié)特性曲線時(shí)，可由機(jī)械特性曲線找出該轉(zhuǎn)矩值下與不同轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的有效信號(hào)系數(shù)，并據(jù)此繪成曲線。幅值控制時(shí)與圖2-11機(jī)械特性相對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)特性如圖2-12所示。 2.3.1 幅值控制時(shí)的特性幅值控制時(shí)的特性 調(diào)節(jié)特性曲線調(diào)節(jié)特性曲線 2.3.1 幅值控制時(shí)的特性幅值控制時(shí)的特性 由圖2-12可見(jiàn)，若負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩不變，隨著控制電壓提高，有效信號(hào)系數(shù)e增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，但調(diào)節(jié)特性的線性度很差，只在轉(zhuǎn)速標(biāo)幺值很小時(shí)近似于線性關(guān)系。 為了使伺服電動(dòng)機(jī)能運(yùn)行在調(diào)節(jié)特性的線性范圍，應(yīng)使其始終在較小的轉(zhuǎn)速標(biāo)幺值下運(yùn)行，這樣，為了提

23、高電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速，就需提高伺服電動(dòng)機(jī)的工作頻率。例如：一臺(tái)兩極伺服電動(dòng)機(jī)，要求其最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速n=2400 r/min，若用50Hz的工頻電源供電，其同步轉(zhuǎn)速ns=3000r/min，最高轉(zhuǎn)速時(shí)的標(biāo)幺值n*=0.8；若改用400Hz的中頻電源，則ns= 24000r/min，最高轉(zhuǎn)速標(biāo)幺值n*=0.1，這樣伺服電動(dòng)機(jī)便可工作在n*=00.1的線性區(qū)段。鑒于此，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)常采用常采用400Hz的中頻電源供電的中頻電源供電。 2.3.2 相位控制時(shí)的特性相位控制時(shí)的特性 機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性 應(yīng)用與幅值控制時(shí)類(lèi)似的方法，可得到相位控制時(shí)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特

24、性曲線，分別如圖2-14、圖2-15 所示。因相位控制在實(shí)際控制系統(tǒng)中很少使用，這里不作詳細(xì)推導(dǎo)。需要說(shuō)明的是，相位控制時(shí)通常以sin作為信號(hào)系數(shù)。 圖圖2-14相位控制時(shí)的機(jī)械特性相位控制時(shí)的機(jī)械特性 圖圖2-15 相位控制時(shí)的調(diào)節(jié)特性相位控制時(shí)的調(diào)節(jié)特性 2.3.3 幅值幅值-相位控制相位控制 勵(lì)磁電壓、電流隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律勵(lì)磁電壓、電流隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律 2.3.3 幅值幅值-相位控制相位控制 幅值控制和幅相控制的機(jī)械特性對(duì)比幅值控制和幅相控制的機(jī)械特性對(duì)比 2.3.3 幅值幅值-相位控制相位控制 幅值控制和幅相控制的調(diào)節(jié)特性對(duì)比幅值控制和幅相控制的調(diào)節(jié)特性對(duì)比 2.4 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)

25、的動(dòng)態(tài)特性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能機(jī)械特性非線性對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響機(jī)械特性非線性對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響不同有效信號(hào)系數(shù)對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響不同有效信號(hào)系數(shù)對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響 2.4 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性：兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性：是指在階躍控制電壓作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化規(guī)律。其定義及分析方法均與直流伺服電動(dòng)機(jī)相似。只是由于兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性皆為非線性，準(zhǔn)確地分析其動(dòng)態(tài)過(guò)程就變得相當(dāng)復(fù)雜。下

26、面以幅值控制為例對(duì)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析。 分析時(shí)假設(shè)電動(dòng)機(jī)的有效信號(hào)系數(shù)e =1，略去其電氣過(guò)渡過(guò)程，并如圖2-18所示將其機(jī)械特性進(jìn)行線性化處理，則轉(zhuǎn)速為n時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩為圖圖2-18 e =1時(shí)機(jī)械特性的線性化時(shí)機(jī)械特性的線性化 2.4 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性 為了簡(jiǎn)化推導(dǎo)，假定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=0，然后將式（2-61）代入式（2-62），并整理得 考慮到 ，則式（2-63）可寫(xiě)成ssk0ssk0eTnnnTT（2-61） 電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程為tJTTddLe（2-62） sk0sddtTJ（2-63） n602smddnntn（2-64） 2.

27、4 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性（2-65） 式中k0sk0sm1047. 0602TJnTJn是電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)機(jī)電時(shí)間常數(shù)。 對(duì)照式（1-8）可見(jiàn)，在上述假定條件下兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速方程與直流伺服電動(dòng)機(jī)完全相同，其轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化規(guī)律同樣為指數(shù)函數(shù)，如圖2-19中的曲線1所示。 圖圖2-19 轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化曲線轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化曲線 研究?jī)上喔袘?yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，必須注意它與直流伺服電動(dòng)機(jī)相比存在以下兩個(gè)方面的差別：1）機(jī)械特性為非線性；2）線性化機(jī)械特性的斜率隨著有效信號(hào)系數(shù)的改變而相應(yīng)變化。下面進(jìn)一步分析這兩個(gè)因素對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響。 2.4

28、 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性 機(jī)械特性非線性對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響機(jī)械特性非線性對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響 忽略非線性對(duì)機(jī)電時(shí)間常數(shù)的影響造成的誤差不超過(guò)22%，故可用線性機(jī)械特性時(shí)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)m代替。2.4 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性 不同有效信號(hào)系數(shù)對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響不同有效信號(hào)系數(shù)對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響 2.4 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性 小結(jié)：小結(jié)：兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)由于機(jī)械特性的非線性對(duì)動(dòng)態(tài)性能影響不大，其作用?？珊雎?，但隨控制電壓減小，其過(guò)渡過(guò)程變長(zhǎng)，當(dāng)控制電壓較低時(shí)，其動(dòng)態(tài)特性變壞，時(shí)間約延長(zhǎng)一倍。 2.

29、5 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和性能指標(biāo)和性能指標(biāo)2.5.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)主要技術(shù)數(shù)據(jù)2.5.2 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)2.5.3 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電動(dòng)機(jī)的性兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較能比較2.5.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)主要技術(shù)數(shù)據(jù) 1電壓電壓 主要技術(shù)數(shù)據(jù)中勵(lì)磁電壓和控制電壓指的都是額定電壓。勵(lì)磁繞組電壓的允許變動(dòng)范圍一般為5左右。電壓太高，電機(jī)會(huì)發(fā)熱；電壓太低，電機(jī)的性能將變壞，如堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和輸出功率會(huì)明顯下降，加速時(shí)間增長(zhǎng)等。 當(dāng)電機(jī)采用幅值-相位控制時(shí)，應(yīng)注意到勵(lì)磁繞組兩端電壓會(huì)高于電源電壓，而且隨轉(zhuǎn)速升高而增大。 控制繞組

30、的額定電壓有時(shí)也稱最大控制電壓最大控制電壓，在幅值控制條件下，加上這個(gè)電壓電機(jī)就能得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 2.5.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)主要技術(shù)數(shù)據(jù) 2頻率頻率 目前控制電機(jī)常用的頻率分低頻低頻和中頻中頻兩大類(lèi)，低頻為5 0 Hz(或6 0 Hz)，中頻為4 0 0 Hz (或5 0 0 Hz)。因?yàn)轭l率越高，渦流損耗越大，所以中頻電機(jī)的鐵心需用更薄的硅鋼片，一般低頻電機(jī)用0.350.5mm的硅鋼片，而中頻電機(jī)用0.2mm以下的硅鋼片。 中頻電機(jī)和低頻一般不可以互相代替使用，否則電機(jī)性能會(huì)變差。 3空載轉(zhuǎn)速空載轉(zhuǎn)速 定子兩相繞組加上額定電壓，電機(jī)不帶任何負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為空載轉(zhuǎn)速空載轉(zhuǎn)速n0?？蛰d轉(zhuǎn)速與電

31、機(jī)的極數(shù)有關(guān)。由于電機(jī)本身阻轉(zhuǎn)矩的影響，空載轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速。2.5.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)主要技術(shù)數(shù)據(jù) 4堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)電流 定子兩相繞組加上額定電壓，轉(zhuǎn)速等于0時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩，稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。這時(shí)流過(guò)勵(lì)磁繞組和控制繞組的電流分別稱為堵轉(zhuǎn)勵(lì)磁電流堵轉(zhuǎn)勵(lì)磁電流和堵轉(zhuǎn)控制電流堵轉(zhuǎn)控制電流。堵轉(zhuǎn)電流通常是電流的最大值，可作為設(shè)計(jì)電源和放大器的依據(jù)。 5額定輸出功率額定輸出功率 當(dāng)電機(jī)處于對(duì)稱狀態(tài)時(shí)，輸出功率P2隨轉(zhuǎn)速n變化的情況如圖2-21所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近空載轉(zhuǎn)速n0的一半時(shí)，輸出功率最大，通常就把這點(diǎn)規(guī)定為兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的額額定狀態(tài)定狀態(tài)。電機(jī)可以在這個(gè)狀態(tài)下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而

32、不過(guò)熱。這個(gè)最大的輸出功率就是電機(jī)的額定功率額定功率P2N。對(duì)應(yīng)這個(gè)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩TN和額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN。 2.5.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)主要技術(shù)數(shù)據(jù)圖圖2-21 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的額定狀態(tài)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的額定狀態(tài) 2.5.2 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 1空載始動(dòng)電壓空載始動(dòng)電壓Us0 在額定勵(lì)磁電壓和空載情況下，使轉(zhuǎn)子在任意位置開(kāi)始連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的最小控制電壓定義為空載始動(dòng)電壓空載始動(dòng)電壓Us0，通常以額定控制電壓的百分比來(lái)表示。Us0越小，表示伺服電動(dòng)機(jī)的靈敏度越高。一般要求Us0不大于額定控制電壓的34。用于精密儀器儀表中的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，有時(shí)要求Us0不大

33、于額定電壓的1。2.5.2 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 2機(jī)械特性非線性度機(jī)械特性非線性度km 在額定勵(lì)磁電壓下，任意控制電壓時(shí)的實(shí)際機(jī)械特性與線性機(jī)械特性在轉(zhuǎn)矩Te=Tk/2時(shí)的轉(zhuǎn)速偏差n與空載轉(zhuǎn)速n0(對(duì)稱狀態(tài)時(shí))之比的百分?jǐn)?shù)，定義為機(jī)械特性非線性度，如圖2-22所示，即 %1000mnnk圖圖2-22 機(jī)械特性的非線性度機(jī)械特性的非線性度 2.5.2 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 3調(diào)節(jié)特性非線性度調(diào)節(jié)特性非線性度k 在額定勵(lì)磁電壓和空載情況下，當(dāng)e =0.7時(shí)，實(shí)際調(diào)節(jié)特性與線性調(diào)節(jié)特性的轉(zhuǎn)速偏差n與e =1時(shí)的空載轉(zhuǎn)速n0之比的百分?jǐn)?shù)定義為調(diào)節(jié)特性非線性度，即圖圖2-23 調(diào)節(jié)特性的非線性

34、度調(diào)節(jié)特性的非線性度 %1000nnk如圖2-23所示。 以上特性的非線性度越小，特性曲線越接近直線，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差就越小，工作就越準(zhǔn)確，一般要求km10%20%，k20%25%。 2.5.2 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 4機(jī)電時(shí)間常數(shù)機(jī)電時(shí)間常數(shù) m 對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)而言，機(jī)電時(shí)間常數(shù)m是反映電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的機(jī)電時(shí)間常數(shù)是用對(duì)稱狀態(tài)下的空載轉(zhuǎn)速n0代替同步轉(zhuǎn)速ns按照式（2-65）計(jì)算所得，即 我國(guó)生產(chǎn)的SL系列籠型轉(zhuǎn)子兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)為1055ms，其中大部分產(chǎn)品的機(jī)電時(shí)間常數(shù)僅為1020ms。 k00m1047. 0TJn（2-80） 式中，

35、Tk0仍為對(duì)稱狀態(tài)下的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。 注意：注意：前已述及，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)m與m有所不同。2.5.3 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電動(dòng)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較機(jī)的性能比較 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)均在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件使用，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)遇到選用兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)還是選用直流伺服電動(dòng)機(jī)的問(wèn)題。下面就這兩種電機(jī)的性能作簡(jiǎn)要的比較，分別說(shuō)明它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以便選用時(shí)參考。 1機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性 直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都是線性的，且在不同控制電壓下機(jī)械特性是平行的，斜率不變。而兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的

36、機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都是非線性的，且其線性化機(jī)械特性的斜率隨控制電壓的變化而變化，這些都將影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度。2.5.3 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電動(dòng)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較機(jī)的性能比較2.5.3 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較動(dòng)機(jī)的性能比較 2動(dòng)態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)響應(yīng) 動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性常以機(jī)電時(shí)間常數(shù)來(lái)衡量，而機(jī)電時(shí)間常數(shù) 。由于直流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上有電樞繞組和換向器等，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要比兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)大得多。但由于直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性比兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)硬得多，若空載轉(zhuǎn)速相同，直流伺服電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩要大得多。因此綜合起來(lái)，它們的

37、機(jī)電時(shí)間常數(shù)相差不多。 3“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象現(xiàn)象 對(duì)于兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，若參數(shù)選擇不當(dāng)或制造工藝不良，可能使電動(dòng)機(jī)（在單相狀態(tài)下）產(chǎn)生“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，而直流伺服電動(dòng)機(jī)卻不存在該問(wèn)題。 k00m1047. 0TJn2.5.3 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較動(dòng)機(jī)的性能比較 4體積、重量和效率體積、重量和效率 為了滿足控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)性能的要求，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻很大，因此其損耗大、效率低。而且電機(jī)常運(yùn)行在橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下，負(fù)序電流和反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的存在，一方面產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電磁轉(zhuǎn)矩減小，另一方面也進(jìn)一步增加了電機(jī)的損耗，降低了電機(jī)的利用率。因此當(dāng)輸

38、出功率相同時(shí)，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)要比直流伺服電動(dòng)機(jī)體積大、重量重、效率低，所以它只適用于功率從0.5100W的小功率系統(tǒng)，對(duì)于功率較大的控制系統(tǒng)，則較多地采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。2.5.3 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較動(dòng)機(jī)的性能比較 5結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、運(yùn)行可靠性及對(duì)系統(tǒng)的干擾等結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、運(yùn)行可靠性及對(duì)系統(tǒng)的干擾等 直流伺服電動(dòng)機(jī)由于存在電刷和換向器，給它帶來(lái)了一系列問(wèn)題。電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且維護(hù)比較麻煩；由于電刷和換向器的滑動(dòng)接觸，增加了電動(dòng)機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩，并且會(huì)影響電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性；存在換向火花問(wèn)題，會(huì)對(duì)其它儀器和無(wú)線電通訊等產(chǎn)生干擾。 而兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)

39、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，特別適宜于在不易檢修的場(chǎng)合使用。2.6 三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及其矢量控制三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及其矢量控制 在過(guò)去很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)由于調(diào)速性能不佳，主要用于普通的恒速驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，但隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，特別是矢量控制技術(shù)的應(yīng)用和日漸成熟，使得三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的伺服性能大為改進(jìn)。目前，采用矢量控制的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)論是靜態(tài)性能，還是動(dòng)態(tài)性能，都已達(dá)到甚至超過(guò)直流伺服系統(tǒng)，在高性能伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，采用矢量控制的交流伺服電動(dòng)機(jī)正在取代直流伺服電動(dòng)機(jī)。2.6 三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及其矢量控制三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及其矢量控制2.6 三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)

40、及其矢量控制三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及其矢量控制2.6 三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及其矢量控制三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及其矢量控制圖圖2-1 杯形轉(zhuǎn)子兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)杯形轉(zhuǎn)子兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)圖圖2-1 杯形轉(zhuǎn)子兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)杯形轉(zhuǎn)子兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)1一端蓋一端蓋2一杯形轉(zhuǎn)子一杯形轉(zhuǎn)子3一內(nèi)定子一內(nèi)定子4一外定子一外定子5一機(jī)殼一機(jī)殼6一軸承一軸承圖圖2-2 不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性圖圖2-2 不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 rr4 rr3 rr2 rr1 1對(duì)應(yīng)于rr1 的機(jī)械特性；2對(duì)應(yīng)于rr2 的機(jī)械特性 3對(duì)應(yīng)于rr

41、3 的機(jī)械特性；4對(duì)應(yīng)于rr4 的機(jī)械特性圖圖2-3 自轉(zhuǎn)現(xiàn)象與轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系自轉(zhuǎn)現(xiàn)象與轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系圖圖2-3 自轉(zhuǎn)現(xiàn)象與轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系自轉(zhuǎn)現(xiàn)象與轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系 a）轉(zhuǎn)子電阻較小時(shí)；b）增大轉(zhuǎn)子電阻但sm+1 圖圖2-4 幅值控制幅值控制 圖圖2-4 幅值控制幅值控制a）原理電路圖；b）電壓相量圖 圖圖2-5 相位控制相位控制 圖圖2-5 相位控制相位控制a）原理電路圖；b）電壓相量圖 圖圖2-6 幅值幅值-相位控制相位控制 圖圖2-6 幅值幅值-相位控制相位控制a）原理電路圖；b）電壓相量圖 圖圖2-7 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱分量法兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱分量法圖圖2-7 兩相感應(yīng)伺服電

42、動(dòng)機(jī)的對(duì)稱分量法兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱分量法圖圖2-8 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)原理電路圖兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)原理電路圖 圖圖2-8 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)原理電路圖兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)原理電路圖 圖圖2-9 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的正、負(fù)序等效電路兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的正、負(fù)序等效電路 圖圖2-9 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的正、負(fù)序等效電路兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的正、負(fù)序等效電路 a）控制繞組正序等效電路 b）勵(lì)磁繞組正序等效電路c）控制繞組負(fù)序等效電路 d）勵(lì)磁繞組負(fù)序等效電路圖圖2-10 勵(lì)磁支路與轉(zhuǎn)子支路并聯(lián)后的等效電路勵(lì)磁支路與轉(zhuǎn)子支路并聯(lián)后的等效電路 a）控制繞組正序等效電路 b）勵(lì)磁繞組正序等效電路c）控制繞組負(fù)序等效電路 d）勵(lì)磁繞組負(fù)序等效電路圖圖2-10 勵(lì)磁支路與轉(zhuǎn)子支路并聯(lián)后的等效電路勵(lì)磁支路與轉(zhuǎn)子支路并聯(lián)后的等效電路 圖圖2-11 幅值控制時(shí)的機(jī)械特性幅值控制時(shí)的機(jī)械特性圖圖2-11 幅值控制時(shí)的機(jī)械特性幅值控制時(shí)的機(jī)械特性 圖圖2-12 幅值控制時(shí)的調(diào)節(jié)特性幅值控制時(shí)的調(diào)節(jié)特性 圖圖2-12 幅值控制時(shí)的調(diào)節(jié)特性幅值控制時(shí)的調(diào)節(jié)特性 圖圖2-13 推導(dǎo)機(jī)械特性實(shí)用表達(dá)式的示意圖推導(dǎo)機(jī)械特性實(shí)用表達(dá)式的示意圖圖圖2-13 推導(dǎo)機(jī)械特性實(shí)用表達(dá)式的示意圖推導(dǎo)機(jī)械特性實(shí)用