第8章-交流伺服電動機及驅動

變頻器及應用技術上海電機學院王侃夫變頻器及應用技術第8章交流伺服電動機及驅動交流伺服電動機交流伺服驅動器一、伺服電動機概述伺服電動機作為進給電動機通常用于閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中。為滿足對伺服系統(tǒng)的要求，伺服電動機有別于普通電動機。從最低速到最高速，伺服電動機都能平穩(wěn)運行，轉矩波動小，尤其在低速時轉速平穩(wěn)無爬行現(xiàn)象。具有較長時間的過載能力，能承受頻繁的啟動、制動和正、反轉?？焖夙憫院?，機械和電氣時間常數(shù)小。變頻器及應用技術交流伺服電動機

在正弦波交流伺服電動機中，當定子三相繞組通入三相正弦波電流后，就會在定、轉子之間產生一個旋轉磁場，由于轉子是一個永磁體，因此，轉子的轉速也就是轉子磁場的轉速，而電磁轉矩只能在定子旋轉磁場和轉子磁場完全同步時才發(fā)揮作用。為了實現(xiàn)同步控制，必須對轉子角位移進行即時和精確的測量，為此，在電動機上通常同軸安裝有光電編碼器。

當三相繞組通入正弦波驅動電流時，三相交流伺服電動機稱為正弦波永磁同步電動機（Perment

MagentSynchronousMotor）。二、正弦波永磁同步電動機（PMSM）變頻器及應用技術交流伺服電動機西門子1FK6交流伺服電動機

FANUC伺服電動機有α/αi和β/βiS系列AA向（卸掉罩殼后）內裝編碼器（增量式/絕對式）編碼器處理電路（卸掉紅色防護罩后）三相定子繞組轉子鐵心轉子永久磁鋼變頻器及應用技術交流伺服電動機

1FT5系列交流伺服電動機采用霍爾開關作為位置檢測器。在電動機尾部機座上固定著霍爾開關組件，組件上有三個霍爾開關；轉子上有帶磁性條的感應盤，并隨轉子在霍爾開關槽內旋轉。西門子1FT5系列交流伺服電動機當磁性條與霍爾開關對應時，霍爾開關便發(fā)出信號，該信號反映了轉子轉過的角度，經(jīng)控制電路處理后對定子三相繞組進行換向控制，實現(xiàn)了電子換向器的功能。U、V、W三相電源霍爾開關和測速發(fā)電機信號光電編碼器信號變頻器及應用技術交流伺服電動機三、直流無刷電動機（BLDCM）變頻器及應用技術交流伺服電動機四、伺服電動機在進給驅動中的應用一、BLDCM控制直流無刷電動機的驅動原理和直流電動機是等效的，無刷直流電動機采用電力電子逆變器和轉子位置檢測器，用靜止的電子電路代替了換向器和電刷。為確保逆變器中的VT1～VT6按順序通斷，需用轉子位置檢測器實時檢測轉子位置信息給換向邏輯控制及驅動電路，輸出ub1~ub6驅動電壓給VT1～VT6大功率晶體管。PNUdcVT1VT2VT3VT5VT6VT4根據(jù)速度給定信號，經(jīng)速度和電流調節(jié)，通過PWM和換向邏輯控制及驅動電路，輸出占空比可調的基極驅動電壓，實現(xiàn)電動機轉速的控制。根據(jù)速度給定信號中的方向信息，經(jīng)邏輯換向控制，使逆變器中的大功率晶體管的通斷順序發(fā)生改變，從而改變電機三相繞組的通電順序，實現(xiàn)電動機的轉向控制。交流伺服驅動器變頻器及應用技術1.主電路及控制電路2.換向邏輯控制HWHUHV-iV、+iWVT6、VT5110300°～360°6-iU、+iWVT4、VT5101240°～300°5-iU、+iVVT4、VT3100180°～240°4+iV、-iWVT3、VT2011120°～180°3+iU、-iWVT1、VT201060°～120°2+iU、-iVVT1、VT6

001

0～60°1繞組電流功率管導通HUHV

HW轉子角度狀態(tài)換向邏輯及驅動電路電動機轉子每轉過60°，轉子位置檢測元件（霍爾開關）即獲得一組邏輯信號，經(jīng)驅動電路放大后，驅動VT1～VT6大功率晶體管邏輯導通，從而生成U、V、W三相交流方波電流。轉子位置檢測交流伺服驅動器變頻器及應用技術3.三相繞組方波驅動電流在直流無刷電動機中，三相繞組通入的方波電流具有雙極性、方波寬度為120

電角度的特性，三相繞組電流每隔60

改變一次。例如：

在①狀態(tài)，VT1和VT6導通，繞組U、V相導通（下張圖片中的紅色虛線）。在③狀態(tài)，VT3和VT2導通，繞組V、W相導通（下張圖片中的藍色虛線）。

三相繞組電流的改變是通過轉子位置檢測器（霍爾開關）、換向控制邏輯及驅動電路和逆變器共同配合來完成的。①②③交流伺服驅動器變頻器及應用技術采用二相通電模式來控制三相BLDCM的運行。

VT1和VT6導通時，電流流向為：P極→VT1→U相繞組→V相繞組→VT6→N極。

VT3和VT2導通時，電流流向為：P極→VT3→V相繞組→W相繞組→VT2→N極。

VT1～VT6導通、關斷的邏輯控制是由三個霍爾開關來實現(xiàn)的。轉子每轉過60

，有兩相繞組換流。UdcUVWPN4.三相繞組方波驅動電流交流伺服驅動器變頻器及應用技術5.SIMODRIVE611A伺服驅動裝置功率模塊電源模塊插入式控制單元驅動電源三相交流電源交流伺服驅動器變頻器及應用技術用電動機上的轉子位置檢測裝置（如光電編碼器）測得轉子位置角

，生成正弦信號，再與轉矩電流合成，從而生成三相定子電流，即

iU＝Isin

iV＝

Isin（

－120

）

iW＝

Isin（

＋120

）

控制電路將正弦電壓控制信號經(jīng)SPWM獲得六個大功率晶體管基極驅動電壓，控制主電路中逆變器六個大功率晶體管的導通和截止，輸出U、V、W三相正弦波電流，以控制電動機的運行。二、PMSM控制交流伺服驅動器變頻器及應用技術PG速度反饋速度給定轉子位置1.βi系列放大器βi-SVU伺服單元（SVU-4、20型，適用于βi

2、4、8伺服電動機）βi-SVU伺服單元（SVU-40、80型，適用于βi12、22伺服電動機）βi-SVPM一體式主軸及伺服功率模塊三、FANUC伺服放大器交流伺服驅動器變頻器及應用技術交流伺服驅動器變頻器及應用技術2.