《电机控制技术》课件_教案 交流伺服电动机5.1.2.doc

淄博职业学院《电机控制技术》课单元教学设计方案

教师：序号：5.1.2

授课时间

授课班级

上课地点

教学单元名称

交流伺服电动机

课时数

0.5

教学目标

学习交流伺服电动机的结构和控制方式

培养学生分析问题、解决问题的能力。

教学重点

交流伺服电动机的结构

教学难点

交流伺服电动机的工作原理

目标群体

普专

教学环境

实训室

教学方法

项目驱动、讲练结合等

时间安排

教学过程设计

1.结构

交流伺服电动机在结构上类似于单相异步电动机，它的定子铁心中安放着空间相差90o电角度的两相绕组，一相称为励磁绕组，一相称为控制绕组。电动机工作时，励磁绕组接单相交流电压，控制绕组接控制信号电压，要求两相电压要同频率。

交流伺服电动机的转子有两种结构形式。一种是笼型转子，与普通三相异步电动机笼型转子相似，只不过在外形上更细长，从而减小了转子的转动惯量，降低了电动机的机电时间常数。笼型转子交流伺服电动机体积较大，气隙小，所需的励磁电流小，功率因数较高，电动机的机械强度大，但快速响应性能稍差，低速运行也不够平稳。

另一种是非磁性空心杯形转子，其转子做成了杯形结构，为了减小气隙，在杯形转子内还有一个内定子，内定子上不设绕组，只起导磁作用，转子用铝或铝合金制成，杯壁厚0.2～0.8mm，转动惯量小且具有较大的电阻，空心杯转子交流伺服电动机结构示意图如图5-3所示。杯型转子交流伺服电动机具有响应快、运行平稳的优点，但结构复杂，气隙大，空载电流大，功率因数较低。

图5-3空心杯转子交流伺服电动机结构示意图

2.工作原理

交流伺服电动机的工作原理示意图如图5-4所示。

图5-4交流伺服电动机工作原理示意图

交流伺服电动机励磁绕组和控制绕组在空间位置上相差90o电角度，工作时，励磁绕组通入恒定交流电压，控制绕组由伺服放大器供电通入控制电压，两个电压的频率相同，并且在相位上也相差90o电角度。这样，两个绕组共同作用在电动机内部产生了一个旋转磁场，在旋转磁场的作用下会在转子中产生感应电动势和电流，转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，带动转子转动。

由所学知识可知，在单相异步电动机中，当转子转动起来以后，断开起动绕组，电动机

仍然能够转动。如果在交流伺服电动机中，控制绕组断开后，电动机仍然转动，那么伺服电

动机就处于“自转”状态，这是伺服电动机所不能允许的。

如何消除伺服电动机的“自转”现象呢？只需要增加伺服电动机的转子电阻就可以了。当控制绕组断开后，只有励磁绕组起到励磁作用，单相交流绕组产生的是一个脉振磁场，脉振磁场可以分解为两个方向相反大小相同的旋转磁场。当转子电阻较小（临界转差率Sm1）时，电磁转矩的方向与转速的方向相同，电动机仍然能够转动。当转子电阻较大（Sm≥1）时，电磁转矩与转速的方向相反，在电磁转矩的作用下，电动机能够迅速地停止转动，从而消除了交流伺服电动机的“自转”。

3.控制方法

在交流伺服电动机中，除了要求电动机不能“自转”外，还要求改变加在控制绕组上的电压的大小和相位，能够改变电动机转速的大小和方向。

根据旋转磁动势理论，励磁绕组和控制绕组共同作用产生的是一个旋转磁场，旋转磁场的旋转方向是由相位超前的那一相绕组转向相位滞后的那一相绕组。改变控制绕组中控制电压的相位，可以改变两相绕组的超前滞后关系，从而改变旋转磁场的旋转方向，交流伺服电动机转速方向也会发生变化。改变控制电压的大小和相位，可以改变旋转磁场的磁通，从而改变电动机的电磁转矩，交流伺服电动机转速也会发生变化。

交流电动机的转速控制方法有幅值控制、相位控制和幅相控制三种：

（1）幅值控制

幅值控制是通过改变控制电压的幅值来控制电机的转速，而的相位始终保持不变，使控制电流与励磁电流保持90o电角度的相位关系。如=0，则转速为0，电动机停转。幅值控制的接线如图5-5所示。

（2）相位控制

相位控制是通过改变控制电压的相位。从而改变控制电流与励磁电流之间的相位角来控制电动机的转速，在这种情况下，控制电压的大小保持不变。当两相电流与之间的相位角为00时，则转速为0，电动机停转。

图5-5幅值控制和相位控制方式接线图

（3）幅相控制

幅相控制是指通过同时改变控制电压的幅值及与之间的相位角来控制电机的转速。具体方法是在励磁绕组回路中串入一个移相电容C以后，再接到稳压电源上，这时励磁绕组上的电压，如图5-6所示。控制绕组上加与相同的控制电压，那么当改变控制电压的幅值来控制电动机转速时，由于转子绕组与励磁绕组之间的耦合作用，励磁绕组的电流也随着转速的变化而发生变化，而使励磁绕组两端的电压及电容C上的电压也随之变化。这样改变幅值的结果使、的幅值、它