交流伺服就是兩相,它的定子上有空間相差90°電角度的兩相分布繞組,一相為勵磁繞組f,一相為控制繞組k,轉(zhuǎn)子為籠形。電動機工作時,勵磁繞組f接單相交流電壓uf,控制繞組接控制信號電壓uk,uf與uk兩者同頻率。交流伺服機必須象直流伺服機一樣具有伺服性,即控制信號電壓強時,電動機轉(zhuǎn)速高;控制信號電壓弱時,電動機轉(zhuǎn)速低;若控制信號電壓等于零,電動機就應(yīng)該不轉(zhuǎn)了。為了滿足信號電壓強時轉(zhuǎn)速高、信號電壓弱時轉(zhuǎn)速低這一要求,可以讓信號強時電機氣隙磁通勢接近圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢,弱時橢圓度大接近脈振磁通勢就行。而對于要求信號電壓消失,即uk=0后,電動機不轉(zhuǎn)必須采用相應(yīng)技術(shù)措施才能實現(xiàn)。
我們知道,單相異步電動機定子若只有一相繞組通電時,其機械行性為過點
t=0,n=0)的對稱曲線,在其正轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線t+=f(s),t+=tm+時的臨界轉(zhuǎn)差率sm+<1,t-=f(s)與t+=f(s)對稱,因此0<n<n0 (n0為理想空載轉(zhuǎn)速,n0<n1),合成轉(zhuǎn)矩t>0;而0>n>-n,合成轉(zhuǎn)矩t<0。如果交流伺服電動機的定子繞組與一般單相異步電動機的一樣,那么正在運行的交流伺服電動機的控制信號電壓一旦變?yōu)榱悖姍C就運行于只有勵磁繞組—相通電的情況下,那么電機還必然在原來的旋轉(zhuǎn)方向上繼續(xù)旋轉(zhuǎn),只是轉(zhuǎn)速略有下降,但絕不可能停下來。這種信號電壓消失后電動機仍然旋轉(zhuǎn)不停的現(xiàn)象稱為自轉(zhuǎn),自轉(zhuǎn)現(xiàn)象破壞了伺服性,顯然是要避免的。那么交流伺服電動機怎樣避免單相運行時的自轉(zhuǎn)呢? 可以看—下圖1中所示的機械特性,這也是只一相繞組通電時的機械持性,其正轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線 t+=f(s),t+=tm+”時的臨界轉(zhuǎn)差率sm+=l,t+=f(s)與t-=f(s)對稱。因此電機總的電磁轉(zhuǎn)矩持性t=f(s)具有這樣的特點:①過零,無起動轉(zhuǎn)矩;②0<n<n1時,t<0,是制動性轉(zhuǎn)矩;o>n>- n1時,t>o,也是制動件轉(zhuǎn)矩。在這種情況下,本來運轉(zhuǎn)的交流伺服機.若控制信號電壓消失后,由于一相繞組通電運行時的電磁轉(zhuǎn)矩是制動性的,電動機轉(zhuǎn)速將被制動到n=0,只要sm+>1,就能避免自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
圖1 交流伺服電動機自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的避免
實際的交流伺服電動機,需要正轉(zhuǎn)磁通勢(或反轉(zhuǎn)磁通勢)單獨作用時的sm很大。加大sm的方法是增大轉(zhuǎn)子回路的電阻r2。因為sm∝r2,所以交流伺服電動機轉(zhuǎn)子電阻相對于一般異步電動機來說是很大的。
設(shè)計交流伺服電動機時,當(dāng)勵磁繞組與控制繞組分別為額定值大小時(對控制繞組來講,額定電壓指最大的控制電壓),兩繞組產(chǎn)生的磁通勢幅值也一樣大。交流伺服電動機運行時,勵磁繞組如果接在額定電壓上,大小、相位都不變,那么改變控制繞組所加的電壓uk的大小和相位,電動機氣隙磁通勢則隨著信號電壓uk的大小和相位而改變,有可能為圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢,有可能為不同橢圓度的橢圓旋轉(zhuǎn)磁通勢,也有可能為脈振磁通勢。(http://www.diangon.com/版權(quán)所有 )而由于氣隙磁通勢的不同,電動機機械特性也相應(yīng)改變,那么拖動著負載運行的交流伺服電動機的轉(zhuǎn)速n也就隨之變化了。這就是交流伺服電動機利用控制信號電壓uk的大小和相位的變化,控制轉(zhuǎn)速隨之變化的道理。
改變uk的大小與相位即實現(xiàn)對交流伺服電動機的控制,控制方法主要有三種:幅值控制、相位控制和幅值—相位控制。
1.幅值理制
由加在控制繞組上信號電壓的幅值大小來控制交流伺服電動機轉(zhuǎn)速,這種控制方式稱為幅值控制。
幅值控制接線如圖2所示。勵磁繞組f直接接交流。電壓大小為額定值??刂评@組所加的電壓為uk,其相位與勵磁繞組電壓相差90°,如落后90°,uk大小可以改變。uk的大小為uk=αukn,ukn為控制繞組額定電壓, α稱為有效信號系數(shù),α最大值為1。若以
ukn為基恒,控制信號電壓uk 的標么值是α,即: uk /ukn= uk=α
圖2 交流伺服電動機帽值控制
(a)控制接線圖 (b) ff最大瞬間
若有效信號系數(shù)α≠1,控制繞組磁通勢幅值與勵磁繞組磁通勢幅值不一樣大,而兩繞組空間相差90°電角度,所加電壓及所通電流時間相差90。電角度,電機總的氣隙合成磁通勢為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢,空間磁通勢向量圖如圖2 (b)所示。該圖中ff+與ff-為勵磁繞組脈振磁通勢ff分解成的兩個正、反旋轉(zhuǎn)磁通勢;fk+與fk-為控制繞組脈振磁通勢fk分解成的兩個正、反旋轉(zhuǎn)磁通勢;電機內(nèi)正轉(zhuǎn)磁通勢為f+=ff++fk+,反轉(zhuǎn)磁通勢f-=ff-+fk-,這是最一般的情況。當(dāng)α=1時,ff=fk,f+=2 ff+,f-=0。氣隙磁通勢f=f+,為圓磁通勢;當(dāng)α=0時,fk=0,氣隙磁通勢f=ff+為脈振磁通,f+=f-=ff/2;而0<α<1時,氣隙中f+=ff++fk+,f-=ff-+fk-,為橢圓磁通勢。α值越小,橢圓度越大,越接近脈振磁通勢。
采用分析單相異步電動機兩相繞組通電時的同樣方法,正轉(zhuǎn)磁通勢與反轉(zhuǎn)磁通勢分別產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩t+與t-,總的電磁轉(zhuǎn)矩t=t++t-。最后可以得出有效信號系數(shù)α為不同值時相應(yīng)的機械待性,如圖3(a)所示。該圖中,電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn) 速都采用標么值,轉(zhuǎn)
矩的基值是α=1圓形磁通勢時電機的起動轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)速的基值是同步轉(zhuǎn)速n1。機械特性不是直線。從圖1-35所示的機械特性看出,有效信號系 數(shù)α=1時,氣隙磁通勢為圓磁通勢,f-=0,t-=0,在一定的轉(zhuǎn)速下電磁轉(zhuǎn)矩t=t+最大。α<1時,正轉(zhuǎn)磁通勢f+減小,t+減小反轉(zhuǎn)磁通勢f-出現(xiàn),t-≠0,在一定轉(zhuǎn)速下電磁轉(zhuǎn)矩t= t++ t-,比α=1時小。而α=0,正轉(zhuǎn)磁通勢f+與反轉(zhuǎn)磁通勢f-大小相等,機械特性t=f(s)如圖1=33所示。在圖l-35(a)中則過原點不在第ⅰ象限內(nèi)。同時還可以看出,α=1時,理想空載轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n0;而α<1時,由于t-存在,使得理想空載轉(zhuǎn)速小于n0,道理與單相異步電動機相同。α越小,理想空載轉(zhuǎn)速越低。機械特性中,在0<α<1整個范圍內(nèi),起動轉(zhuǎn)矩的標么值ts=α。
交流伺服電動機幅值控制時的調(diào)節(jié)特性也可以從機械特性得到的,如圖3(b)所示。幅值控制時調(diào)節(jié)特性也不是直線,只在n較小時近似為直線。為了盡量使交流伺服電動機調(diào)節(jié)特性用在n較小的區(qū)域,以保證伺服系統(tǒng)的動態(tài)誤差較小,許多交流伺服電動機采用頻率為400hz的交流電源,提高它的同步轉(zhuǎn)速n0。與直流伺服電動機相似,調(diào)節(jié)特性與橫抽交點的有效信號系數(shù)α的值為始動電壓的標么值,轉(zhuǎn)矩大時,始動電壓高,始動電壓與轉(zhuǎn)矩二者標么值的數(shù)值相等。
(a)機械特性 (b) 調(diào)節(jié)特性
圖3 幅值控制時的機械特性與調(diào)節(jié)特性
交流伺服電動機輸出功率p2=t2ω≈tω,在一定的控制信號電壓下,若轉(zhuǎn)速很低,由于ω很小,輸出功率p2也很??;若轉(zhuǎn)速接近于理想空載轉(zhuǎn)速時,由于t很小,輸出功率也很小。α越大,輸出的功率也越大。交流伺服電動機的額定功率通常規(guī)定為當(dāng)α=1時的最大輸出功率,此時相應(yīng)的轉(zhuǎn)速則為額定轉(zhuǎn)速,相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩則為額定轉(zhuǎn)矩,與一般電動機的規(guī)定方法是不一樣的。
2.相位控制
由加在控制繞組上的信號電壓的相位來控制交流伺服電動機轉(zhuǎn)速的控制方式稱為相位控制。相位控制接線如圖4所示。勵磁繞組接在交流電源上,大小為額定電壓,控制繞組所加信號電壓的大小為額定值,但是相位可以改變。uf與uk是同頻率的,二者相位差為β,β=0~90°,例如uk落后于uf。這樣sinβ=0~ 1,sinβ稱為相位控制的信號系數(shù)。
圖4相位控制 圖5 幅值-相位控制
3.幅值-相位控制
交流伺服電動機幅值-相位控制接線如圖5所示。勵磁繞組外邊串器后再接交流電源,控制電壓為uk,uk與電源電壓同頻率、同相位.大小可以改變。
相位控制、幅值-相位控制的交流伺服電動機的控制信號變化時,電機內(nèi)合成磁通勢的性質(zhì)或橢圓度也隨之改變,從而具有不同的機械特性,使電機具有伺服性。這兩種控制方法的機械特性和調(diào)節(jié)特性與幅值控制的相似,為非線性,在轉(zhuǎn)速標么值較小時線性好。
由于幅值-相位控制線路簡單,輸出功率較大,采用較多。














