交流伺服电动机及控制一、交流伺服电动机优点交流电动机是把交流电能转换为机械能的一种执行机构。与直流电动机相比，交流电动机具有结构坚固、容易维护、适应各种安装环境，能够承受高速旋转等许多直流电动机所没有的优点。二、交流电动机的分类、结构及特点1.按定子所接电源的相数分类交流电动机按定子所接电源的相数，可分为单相交流电动机、两相交流电动机和三相交流电动机。2.按转子转速。交流电动机按转子转速可分为异步电动机和同步电动机。⑴异步交流电动机一般定子通交流电，转子不通电，做成鼠笼式或线绕式。定子磁场拖动转子旋转。转速低于同步转速，所以称之为异步电动机。异步交流电动机⑵同步电动机转子通直流电产生永磁场，或做成永磁体。定子通交流电，产生交变磁场，转子转速与定子转速相同。同步伺服电动机是以同步速旋转的。交流同步伺服电动机也由定子和转子两部分组成。各种同步伺服电动机的定子结构与一般异步电动机相同。按转子结构的不同，同步伺服电动机可分为永磁式、磁阻式和磁滞式三种。永磁式同步电动机转子结构2交流异步伺服电动机的工作原理交流异步电动机正常工作是以低于同步速的速度旋转的。⑴同步速度同步速度和加在电动机绕组的电源频率有着固定的关系。⑵转差率笼转子是以低于同步速运行的。通常，我们把同步速n1和电动机转子转速n二者之差与同步转速n1的比值叫做转差率，用s表示。3、交流异步伺服电动机的数学模型⑴交流异步伺服电动机的转子数学模型⑵交流异步伺服电动机转矩电动机的电磁转矩是由转子电流的有功分量和定子旋转磁场相互作用产生的。电磁转矩的大小与转子电流的有功分量(I2a)、旋转磁场的强弱(0)成正比。与电动机结构有关的常数转子回路的功率因数电磁转矩与电动机参数之间的关系：电动机结构常数U1电动机电源电压，电源电压波动对电动机的转矩影响很大。R2电动机转子绕组电阻。X20电动机转子不转时，转子绕组的漏抗。S电动机的转差率。三、交流伺服电动机运行特性1、机械特性机械特性：电动机的电磁转矩与转速之间的关系曲线。在一定负载转矩下，控制电压越大，则转速也越高；在一定控制电压下，负载转矩加大，转速下降；特性曲线的斜率随控制电压的大小不同而变化，表现为机械特性较软。STem10TstTmsmsNTNTem=f(S)TN额定转矩Tm最大转矩Tst起动定转矩电动机的电磁转矩与转差率之间的关系当U1、R2、X20为固定值时，机械特性:电动机的电磁转矩与转速之间的关系曲线。Tem=f(S)n=f(Tem)三相异步电动机的机械特性稳定运行时，电动机轴上输出的转矩等于负载转矩TemT2稳定运行区域：AB段当负载转矩发生变化时，电动机能自动调节到新的稳定运行状态。如：在N点稳定运行，TN=T2，当T2，n,Tem,时在D点稳定。n0n1TemABTstTmnNTNNDnDn0n1TemTstTmnNTNN⑴额定转矩TN电动机额定运行时的转矩PN单位：千瓦（kW）nN单位：转每分（r/min）TN单位：牛·米（N·m）例6.2有两台功率相同的异步电动机，一台PN=7.5kW，nN=962r/min，UN=380V，另一台PN=7.5kW，nN=1450r/min，UN=380V，求电动机额定转矩。解第一台第二台⑵最大转矩Tm令代入得:smR2而与U1无关TmU12而与R2无关n0TemU1sm0TmR2Temn⑶起动定转矩Tst过载能力(最大转矩倍数)Y系列三相异步电动机T22.2起动瞬间n=0，s=1当负载转矩T2
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
的。该器件主要有如下特点：V/F速度控制：MC3PHAC可按需要提升低速电压，调整V/F速度控制特性。DSP（数字信号处理器）滤波。32bit运算，使速度分辨率大4mHZ，高精度操作得到平滑运行。6输出脉宽调制器（PWM）。三相波形输出：MC3PHAC产生控制三相交流电动机需要的六个PWM信号。三次谐波信号叠加到基波频率上，充分利用总线电压，和纯正弦波调制相比较，最大输出幅值增加15％。4通道模拟/数字转换器（ADC）。串行通信接口（SCI）。欠电压检测。MC3PHAC有三种封装方式，如图采用的是28个引脚的DIP封装。MC3PHAC主要有下列部分组成：引脚9～14组成了6个输出脉冲宽度调制器（PWM）驱动输出端。MUX_IN、SPEED、ACCEL和DC_BUS在标准模式下为输出引脚，指示PWM的极性和基频；在其他情况为模拟量输入，MC3PHAC内置4通道模拟/数字转换器（ADC）。PWMFREQ_RXD、RETRY_TXD为串行通信接口引脚。图4－19MC3PHAC引脚排列OSC1和OSC2组成了锁相环(PLL)系统振荡器。低功率电源电压检测电路。MC3PHAC实现三相交流电动机控制的功能包括：V/F开环速度控制正/反转。起/停运动系统故障输入低速电压提升。上电复位（POR）。四、直流和交流伺服的比较两相交流伺服电动机和直流伺服电动机在自动控制系统中都被广泛使用，下面就对这两类电机进行简单的比较。1、机械特性和调节特性直流伺服电动机的机械特性和调节特性均为线性关系，且在不同的电压下，机械特性曲线相互平行，斜率不变。两相交流伺服电动机的机械特性和调节特性均为非线性关系，且在不同的控制电压下，理想线性机械特性也不是相互平行的。机械特性和调节特性的非线性都将直接影响系统的动态精度。一般来说特性的非线性度越大，系统的动态精度越低。2、体积、重量和效率为了满足控制系统对电机性能的要求，转子电阻就得相当大。当输出功率相同时，两相交流伺服电动机要比直流伺服电动机的体积大、重量重、效率低。所以两相伺服电动机只适用于小功率系统，而对于功率较大的控制系统，则普遍采用直流伺服电动机。3、自转现象 对于两相交流伺服电动机，若参数选择不适当，或制造工艺上有缺陷，都会使电动机在单相状态下产生“自转”现象，而直流伺服电动机却无“自转”现象。34、动态响应电动机的动态响应的快速性常常以机电时间常数来衡量。直流伺服电动机的转子上带有电枢绕组和换向器，因此它的转动惯量要比两相伺服电动机大些。若量电机的空载转速相同，则直流伺服电动机的堵转转矩要比两相伺服电动机大得多。这样，综合比较来看，它们的机电时间常数就较为接近。在带负载时，若电动机所带负载的转动惯量较大，这时两种电机系统的总惯量（即负载的转动惯量与电机的转动惯量之和）就相差不太多，可能出现直流电机系统的机电时间常数反而比交流电机系统的机电时间常数为小的情况。5、电刷和换向器的滑动接触直流伺服电动机由于有电刷和换向器，因而结构复杂、制造麻烦。因电刷与换向器之间存在滑动接触，电刷的接触电阻也不稳定，这些都会一想到电机运行的稳定性。另外，直流伺服电动机还存在因换向器所引起的天线通讯干扰，又容易出现火花，给运行和维护带来困难。两相交流伺服电动机结构简单，运行可靠，维护方便，适宜在不易检修的场合使用。6、放大器装置直流伺服电动机的控制绕组通常是由直流放大器供电，而直流放大器有零点漂移现象，这将影响系统工作的精度和稳定性。此外直流放大器的体积和重量要比交流放大器大，这是直流伺服系统存在的缺点。
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