兩相交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)、原理和特性
(一)結(jié)構(gòu)
兩相交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)見圖3-3-1～圖3—3-4，其定子結(jié)構(gòu)同一般異步電動機(jī)相似，但是，定子繞組是兩相的，其中一相叫勵磁相，另一相叫控制相。通�？刂葡喾殖蓛蓚�獨(dú)立且相同的部分，它們可以串聯(lián)或并聯(lián)，供選擇兩種控制電壓用。兩相繞組在空間相差90°電角度。普通型交流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)通常采用鼠籠型和非磁性杯型。
鼠籠型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電動機(jī)的定子是采用“一刀通”結(jié)構(gòu)，使定子鐵心內(nèi)圓和軸承室內(nèi)圓為同一尺寸，一次夾裝同時加工，既保證了定子內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子外圓的同軸度又提高了裝配精度，因而可以設(shè)計制造成小氣隙和轉(zhuǎn)子細(xì)而長。電動機(jī)由較高的利用率．體積小，質(zhì)量小，機(jī)械強(qiáng)度好，能在惡劣
的氣候和環(huán)境條件下可靠地工作。由于鼠籠轉(zhuǎn)子有齒和槽，存在有反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，定子和轉(zhuǎn)子之間會產(chǎn)生齒槽粘合現(xiàn)象，使轉(zhuǎn)子“吸住”在某幾個位置中的一個位置。為了克服這種齒槽粘合現(xiàn)象，在轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動以前，必須施加一定數(shù)值的電壓，稱之為啟動電壓。采取轉(zhuǎn)子斜槽措施可以在很大程度上削
弱齒槽粘合現(xiàn)象的影響。
非磁性杯型兩相交流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是鋁制空心薄壁結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子的慣性矩小。由于轉(zhuǎn)子上沒有齒和槽，因此定子和轉(zhuǎn)子間沒有齒槽粘合現(xiàn)象，轉(zhuǎn)矩不隨軸的位置而發(fā)生變化，恒速旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)軸一般不會有抖動現(xiàn)象。
(二)基本原理
兩相交流伺服電動機(jī)定子上布置有勵磁和控制兩相繞組。兩者在空間相差90°電角度，見圖3-3-6(b)。在勵磁繞組上饋以固定的勵磁電壓，在控制繞組上饋以可變的控制電壓反饋，當(dāng)兩相繞組產(chǎn)生的磁動勢幅值相等，電機(jī)處于對稱狀態(tài)時，在定、轉(zhuǎn)子間的氣隙中產(chǎn)生的合成磁動勢是一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，電流和旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。
兩相交流伺服電動機(jī)在運(yùn)行中，控制電壓經(jīng)常是變化的，即電動機(jī)經(jīng)常處于不對稱狀態(tài)。因此，兩相繞組產(chǎn)生的磁動勢幅值并不相等，相位差也不是90°電角度，故氣隙中的合成磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。兩相交流伺服電動機(jī)就是靠不同程度的不對稱運(yùn)行來進(jìn)行控制的。
兩相交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性曲線上的任何一點(diǎn)應(yīng)滿足df／dr<0因而電機(jī)在轉(zhuǎn)差率s—O～1之間任何一點(diǎn)上都能穩(wěn)定運(yùn)行。兩相交流伺服電動機(jī)在單相供電時，其轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩符號相反，所以，當(dāng)控制電壓消失后，處于單相運(yùn)行狀態(tài)時，由于電磁轉(zhuǎn)矩為制動性質(zhì)，能迅速停轉(zhuǎn)而不會發(fā)生“自
轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。
（三）特性
兩相交流伺服電動機(jī)常用的控制方式有幅值控制、相位控制和幅相控制，電氣接線圖見圖3-3-6.接線圖表示了兩種控制方式：(a)為幅值控制或相位控制電氣接線；(b)為幅相控制(電容分相)電氣接線。
伺服電動機(jī)的工作性能的優(yōu)劣主要是由它的工作特性決定，兩相交流伺服電動機(jī)的主要工作特性有：機(jī)械特性、調(diào)節(jié)特性、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩特性和輸入輸出特性。
1、機(jī)械特性
圖3—3—7所示的機(jī)械特性曲線就是表示在一定的輸入條件下伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。這種機(jī)械特性是穩(wěn)定的，兩相電壓不變時，可保證從零轉(zhuǎn)速到空載轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能平滑、穩(wěn)定調(diào)速。只改變控制電壓可以得到1組機(jī)械特性曲線族。3種控制方式的機(jī)械特性曲線族見圖3-3-8。圖中m、γ分別為轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的標(biāo)么值。
由圖可見，實(shí)際的機(jī)械特性是非線性的。伺服服電動機(jī)在一定輸入條件下，實(shí)際機(jī)械特性與理想機(jī)械特性之間轉(zhuǎn)速之差對空載轉(zhuǎn)速之比的****值稱為機(jī)械特性非線性度，用Km表示，見圖3-3-9。
Km越小，伺服電動機(jī)的性能越接近線性系統(tǒng)的動態(tài)誤差就越小。在精密的伺服系統(tǒng)中，通常要求Km≤10％～15％，在一般伺服系統(tǒng)中，Km≤1 5％～25％
2、調(diào)節(jié)特性
伺服電動機(jī)在一定的勵磁和負(fù)載轉(zhuǎn)矩條件下，轉(zhuǎn)速與控制電壓幅值的關(guān)系或者轉(zhuǎn)速與控制電壓相位差的正弦函數(shù)的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)特性。3種控制方式的調(diào)節(jié)特性曲線族見圖3-3-10。圖中a為控制電壓比電源電壓的標(biāo)幺值-口為兩相電壓間的相位差標(biāo)幺值，y為轉(zhuǎn)速標(biāo)幺值。
由圖3 3 10可見，實(shí)際的調(diào)節(jié)特性是非線性的。伺服電動機(jī)在一定勵磁和負(fù)載轉(zhuǎn)矩條件下，實(shí)際調(diào)節(jié)特性與理想調(diào)節(jié)特性之間轉(zhuǎn)速之差對額定控制電壓時轉(zhuǎn)速之比的****值稱為調(diào)節(jié)特性非線性度，用Kv表示，見圖3-3-l1，一般Kv≤20％～25％。
3、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩特性
伺服電動機(jī)往一定勵磁條件下．堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與控制電壓的關(guān)系稱為堵轉(zhuǎn)特性，見圖3- 3- 12。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩足指在一定輸入條件下轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時所得到的最小轉(zhuǎn)矩。
實(shí)際的堵轉(zhuǎn)特性是非線性的。伺服電動機(jī)在一定勵磁條件下，不同控制電壓的堵轉(zhuǎn)
轉(zhuǎn)矩與列應(yīng)的理想堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩之差對額定控制電壓下堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩之比的****值，稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的非線性度，用Kd表示．如圖3-3-13 所示。一般Kd≤士5％。
4、輸入輸出特性
伺服電動機(jī)在一定的輸人條件下，每相輸入電流與轉(zhuǎn)速的關(guān)系I=f(n)，每相輸入功率與轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)系P1=f(n);輸出功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系P2=f(n),稱為輸入輸出特性，見圖3- 3-14。
兩相交流伺服電動機(jī)的額定輸出功率一般是指****輸出功率，通常約在同步轉(zhuǎn)速的一半時獲得。
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