微特電機(jī)的選用第九講 交流伺服電動(dòng)機(jī)的選用
宋立偉 朱春波 宋 凱（哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001）
1引言
在小功率隨動(dòng)系統(tǒng)中經(jīng)常采用交流伺服電動(dòng)機(jī)，在控制系統(tǒng)中交流伺服電動(dòng)機(jī)也常被用作執(zhí)行元件。作為伺服電動(dòng)機(jī)使用的交流電動(dòng)機(jī)通常為兩相交流電動(dòng)機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相近，但在特性上有很大的差別，即除了具有良好的控制性能外，還應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍、穩(wěn)定的運(yùn)行性能、機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象、控制功率小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大以及快速響應(yīng)好等特點(diǎn)。
2工作原理
交流伺服電動(dòng)機(jī)的原理示意圖如圖1所示，其中wi為激勵(lì)繞組，wk為控制繞組。通常，交流伺服電動(dòng)機(jī)的激磁繞組與控制繞組為兩相對稱繞組，并且在兩相繞組中通以兩相對稱電流。由旋轉(zhuǎn)磁場的理論可知，在兩相對稱繞組中通以兩相對稱電流時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場，它的幅值恒定，旋轉(zhuǎn)方向是由電流****相到落后相，轉(zhuǎn)速為：
當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，由于磁場的旋轉(zhuǎn)，使得轉(zhuǎn)子鼠籠的導(dǎo)條切割磁力線，則導(dǎo)條中的感應(yīng)電勢為：
當(dāng)忽略導(dǎo)條電感時(shí)，導(dǎo)條中的電流為：
導(dǎo)條中電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，其表達(dá)式為：
這時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩叫作起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，只要其轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，電機(jī)就存在電磁轉(zhuǎn)矩。通常，電機(jī)的轉(zhuǎn)速用轉(zhuǎn)差率表示，轉(zhuǎn)差率的表達(dá)式為：
在兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的兩相對稱繞組上加以兩相對稱電壓，則電機(jī)的轉(zhuǎn)子將在圓形旋轉(zhuǎn)磁場的作用下旋轉(zhuǎn)，若改變加在兩相對稱繞組上的電壓大小或相位，則將產(chǎn)生一橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制。
3產(chǎn)品的選擇
3.1 交流與直流伺服電動(dòng)機(jī)的比較
交流伺服電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)都可作為控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，但應(yīng)根據(jù)各自的特點(diǎn)和使用的具體情況，合理選用。
(1)從機(jī)械特性上考慮，直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是線性的．在不同控制電壓下，機(jī)械特性是相互平行的，而且特性很硬；但交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是非線性的，特性的斜率隨著控制信號的不同而變化，機(jī)械特性很軟，特別在低速段更加嚴(yán)重。
(2)從快速響應(yīng)看，主要是考慮電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。由于直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上有電樞和換向器，其慣量較大，但由于其機(jī)械特性很硬，即在相同的空載轉(zhuǎn)速下，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大得多，因此總的來看，直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)比交流伺服電動(dòng)機(jī)的大得不多，但在帶較大負(fù)載時(shí)，直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)就要比交流伺服電動(dòng)機(jī)小。
(3)從體積、重量和效率上考慮，由于交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻較大，這樣其損耗大、效率低，而且它通常運(yùn)行在橢圓磁場的情況下，反向磁場的阻轉(zhuǎn)矩作用使得電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩減小，這就使得電機(jī)的利用程度變差，因此在同樣輸出功率時(shí)，交流伺暇電動(dòng)機(jī)要比直流伺服電動(dòng)機(jī)的體積大、重量重、效率低，這就使得它只適用于0. 5—100w的小功率控制系統(tǒng)中，而在幾十到幾個(gè)千瓦的功率較大的控制系統(tǒng)中，較多地采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。
(4)從結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、運(yùn)行可靠性及對系統(tǒng)的干擾等方面看，由于直流伺服電動(dòng)機(jī)需要電刷和換向器，使得其結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，工作的穩(wěn)定性和可靠性都較差，而且換向器上產(chǎn)生的火花引起的無線電干擾會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，同時(shí)由于電刷與換電器之間的摩擦增加了電機(jī)的阻力矩，使電機(jī)工作不穩(wěn)定并產(chǎn)生較大的死區(qū)，影響電機(jī)的靈敏性；而交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行 |
