第三章交流電機伺服電動機伺服（Servo）源于英文（servant），指電動機能夠忠實的執行指令。伺服電機能夠通過檢測裝置實時檢測電機狀態，判斷其是否按照指令運行。可分為直流伺服電動機和交流伺服電動機兩大類。伺服電動機的特點(1)寬廣的調速范圍，機械特性和調節特性均為線性。(2)轉子慣量小，可實現急加速、急減速、急停等要求。(3)具備精密的位置、速度、轉矩等控制功能。(4)無自轉現象。所謂自轉現象就是轉動中的伺服電動機在控制電壓為零時繼續轉動的現象；無自轉現象就是控制電壓降到零時，伺服電動機立即自行停轉。交流伺服電動機交流伺服電動機一般為兩相交流電機。轉子有籠形和杯形兩種。定子為兩相繞組，并在空間相差90°電角度，一個為勵磁繞組，另一個為控制繞組。交流伺服電動機的工作原理一、圓形旋轉磁場設兩相對稱繞組通入兩相電流如下：則產生一個圓形旋轉磁場：交流伺服電動機的工作原理交流伺服電動機的工作原理產生圓形旋轉磁場的條件：兩繞組產生的磁勢相等即可，即：NuIu=NvIv若磁勢不相等，則產生的磁場是橢圓形旋轉磁場交流伺服電動機的工作原理二、橢圓形旋轉磁場的分析——分解法1、脈動磁場的分解脈動磁場可以看做是橢圓形旋轉磁場的橢圓度大到極端的情況。通過分解法可以把一個脈動磁場分解為兩個賦值相等、轉速相同、轉向相反的圓形旋轉磁場的疊加結果。脈動磁場分解為兩個旋轉磁場的示意圖交流伺服電動機的工作原理2、橢圓形旋轉磁場的分析假設兩相電流相位差90度，兩相繞組對稱，而電流幅值不等，則產生一個橢圓形磁場，設兩相電流幅值之比為則產生的兩個磁場可以表示如下：交流伺服電動機的工作原理交流伺服電動機的工作原理將以上所得磁場進行合成：交流伺服電動機的工作原理此時，相當于兩個旋轉磁場共同作用于轉子上，產生的合成轉矩使轉子轉動，兩個磁場的大小關系取決于兩相電流的幅值之比。交流伺服電動機的控制方法1、幅值控制保持Uj不變，改變Uk的幅值以改變轉速。交流伺服電動機的控制方法交流伺服電動機的控制方法參與合成的每一條機械特性曲線：特點：臨界轉差率大于1。原因：交流伺服電動機轉子電阻都很大，導致臨界轉差率大于1優點：調速范圍寬，可消除“自轉”。SM1交流伺服電動機的控制方法021021SM1M2MM曲線合成結果：交流伺服電動機機械特性曲線。交流伺服電動機的控制方法以上曲線在第一象限內的部分就是電動機運行狀態部分。有效信號系數越小，磁場橢圓度越大，反向轉矩越大，合成轉矩在第一象限內的值就越小。交流伺服電動機的控制方法交流伺服電動機的控制方法調節特性：當轉矩一定時，控制電壓與轉速之間的關系。（在機械特性曲線中，平行n軸做多條直線（M=C），將直線與曲線交點坐標在調節特性曲線坐標系中標出并連成線既得調節特性曲線。交流伺服電動機的控制方法交流伺服電動機的控制方法（3)控制信號為0時的機械特性和“自轉”現象自轉：伺服電動機在控制信號消失后仍繼續旋轉的失控現象稱為“自轉”。顯然,我們需要的是當控制信號為零時,轉子的轉速也為零,此時，只要轉子旋轉的方向和電磁轉矩的方向相反,就可以實現此目的。交流伺服電動機的控制方法使電機制動到停止，從而消除“自轉”增加轉子電阻，使正向磁場產生最大轉矩時的Sm+≥1，使正向旋轉的電機在控制電壓消失后的電磁轉矩為負值，即為制動轉矩，使電機制動到停止；若電機反向旋轉，則在控制電壓消失后的電磁轉矩為正值，也為制動轉矩，交流伺服電動機的控制方法2、相位控制通過改變Uk與Uj之間的相位差來控制電機的轉速和轉向，幅值保持不變。交流伺服電動機的控制方法UkUjUksin改變相位差即可改變控制電壓中與激磁電壓垂直分量的大小，此時與幅值控制效果相同。注意：由于控制電壓還有一個分量與激磁電壓平行，互相增強，所以對于同樣的負載，當幅值控制與相位控制控制系數相同時，相位控制可以輸出相對更大的轉速。交流伺服電動機的控制方法交流伺服電動機的控制方法3、幅相控制幅值-相位控制是指對幅值和相位差都進行控制，通過改變控制電壓的幅值及控制電壓與勵磁電壓的相位差來控制伺服電動機的轉速。交流伺服電動機的控制模式速度模式、位置模式、轉矩模式轉矩模式：控制電機對外輸出的轉矩大小。應用在對材質的受力有嚴格要求的場合。如繞線、收放卷、材料拉伸等。位置模式：控制電機轉軸轉過的角度。一般通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉速的大小，通過脈沖的個數來確定轉動的角度。一般用于定位裝置，如數控機床、印刷機械、焊接機械等。速度模式：控制電機的轉動速度。單相異步電動機單相異步電動機就是指用單相交流電源供電的異步電動機。單相異步電動機因其電源的方便而在家用電器、醫療器械以及工具中廣泛使用。單相異步電動機基本工作原理單相異步電動機單繞組通電后產生的脈振磁場，可以分解為正、反向旋轉的兩個旋轉磁場。因此，電動機的電磁轉矩是由兩個旋轉磁場產生的電磁轉矩的合成。由于兩磁場對稱，所以合成轉矩必過原點，且機械特性曲線關于原點對稱。單相異步電動機基本工作原理單相異步電動機基本工作原理機械特性具有下列特點：(1)當轉子轉動時，n=0，T+=T?，T=0，表明單相異步電動機一相繞組通電時無起動轉矩，不能自行起動。(2)旋轉方向不固定時，由外力矩確定旋轉方向，并一經起動，就會繼續旋轉。當n＞0，T＞0時機械特性在第一象限，電磁轉矩屬拖動轉矩，電動機正轉運行。當n＜0，T＜0時機械特性在第二象限，T仍是拖動轉矩，電動機反轉運行。單相異步電動機的起動方法單相異步電動機不能自行起動，必須設法使其起動。因為兩相繞組通以相位不同的電流產生旋轉磁場可以起動電機所以，單相電機起動方法：設法產生旋轉磁場。根據獲得旋轉磁場方式的不同，主要分為分相電動機和罩極電動機。單相異步電動機的起動方法分相式單相異步電動機起動的必要條件為：(1)定子具有空間不同相位的兩套繞組；(2)兩套繞組中通入不同相位的交流電流。單相分相式異步電動機按起動方法分為以下幾類：1)單相電阻分相起動異步電動機單相電阻分相起動異步電動機的定子上嵌放兩個繞組。兩個繞組接在同一單相電源上，副繞組(輔助繞組)中串一個離心開關。開關作用是當轉速上升到80%的同步轉速時，斷開副繞組使電動機運行在只有主繞組工作的情況下。單相異步電動機的起動方法通常，主繞組匝數多，導線粗，副繞組匝數少，導線細，并可以通過改變主或者副繞組通電極性改變轉向。單相異步電動機的起動方法2)單相電容分相起動異步電動機單相異步電動機的起動方法當副繞組中串聯一個電容器和一個開關時，如果電容器容量選擇適當，則可以在起動時通過副繞組的電流在時間和相位上超前主繞組電流90°電角，這樣在起動時就可以得到一個接近圓形的旋轉磁場，從而有較大起動轉矩。電動機起動后轉速達到75%～85%同步轉速時副繞組通過開關自動斷開，主繞組進入單獨穩定運行狀態。單相異步電動機的起動方法3)單相電容運轉異步電動機若單相異步電動機輔助繞組不僅在起動時起作用，而且在電動機運轉中也長期工作，則這種電動機稱為單相電容運轉異步電動機。單相電容運轉異步電動機實際上是一臺兩相異步電動機，其定子繞組產生的氣隙磁場較接近圓形旋轉磁場。因此，其運行性能較好，功率因數、過載能力比普通單相分相式異步電動機好。單相異步電動機的起動方法單相異步電動機的起動方法2.單相罩極式(磁通分相式)異步電動機單相罩極式異步電動機的結構有凸極式和隱極式兩種，其中以凸極式結構最為常見。凸極式異步電動機定子做成凸極鐵心，然后在凸極鐵心上安裝集中繞組，組成磁極，在每個磁極1/3～1/4處開一個小槽，槽中嵌放短路環，將小部分鐵心罩住。轉子均采用籠型結構。單相異步電動機的起動方法單相異步電動機的起動方法罩極式異步電動機當定子繞組通入正弦交流電后，將產生交變磁通Φ，其中一部分磁通ΦU不穿過短路環，另一部分磁通ΦV穿過短路環，由于短路環作用，當穿過短路環的磁通發生變化時，短路環必然產生感應電動勢和感應電流，感應電流總是阻礙磁通變化，這就使穿過短路環部分的磁通ΦV滯后未罩部分的磁通ΦU，使磁場中心線發生