交流伺服電動(dòng)機(jī)解析，交流伺服電動(dòng)機(jī)的基本類型、控制方式及其特點(diǎn)

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)，是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。交流伺服電動(dòng)機(jī)主要由一個(gè)用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。電動(dòng)機(jī)利用通電線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象而制成的。交流伺服電動(dòng)機(jī)主要由定子部分和轉(zhuǎn)子部分組成，其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成90度電角度的兩相繞組（其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組）。交流伺服電動(dòng)機(jī)控制精度高，矩頻特性好，具有過(guò)載能力，多應(yīng)用于物料計(jì)量，橫封裝置和定長(zhǎng)裁切機(jī)上。

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)的基本類型

　　與普通交流電動(dòng)機(jī)類似，交流伺服電動(dòng)機(jī)也分為異步和同步兩種。兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)原理上就是一臺(tái)兩相異步電動(dòng)機(jī)。它的定子上正交放置兩相繞組，這兩相繞組一個(gè)叫勵(lì)磁繞組，另一相為控制繞組。轉(zhuǎn)子一般有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是籠型轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與普通籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相同；另一種是非磁性空心杯轉(zhuǎn)子，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

　　籠型轉(zhuǎn)子與空心杯轉(zhuǎn)子比較。前者輸出力矩大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、勵(lì)磁電流小、效率高，唯一不足是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，因而動(dòng)態(tài)響應(yīng)不如空心杯轉(zhuǎn)子快?？招谋D(zhuǎn)子具有慣性小，反應(yīng)靈敏，調(diào)速范圍大、但這種電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流較大，因而功率因素和效率較低。

　　運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁繞組一般施加固定單相交流電壓，通過(guò)對(duì)控制繞組的控制電壓進(jìn)行必要的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。同時(shí)應(yīng)注意，在相位上是不同的。

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式有三種：

　?。?）幅值控制

　　幅值控制通過(guò)改變控制電壓Uc的大小來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，此時(shí)控制電壓Uc與勵(lì)磁電壓Uf之間的相位差始終保持90°電角度?？刂评@組為額定電壓時(shí)所產(chǎn)生的氣隙磁通勢(shì)為圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距最大。

　?。?）相位控制

　　通過(guò)改變控制電壓Uc與勵(lì)磁電壓Uf之間的相位差來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制，而控制電壓的幅值保持不變。

　　Uc相位通過(guò)移相器可以改變，從而改變兩者之間的相位差，

　?。?）幅值相位控制

　　勵(lì)磁繞組串接電容c后再接到交流電源上，控制電壓Uc與電源同相位，但幅值可以調(diào)節(jié)，當(dāng)Uc的幅值可以改變時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的耦合作用，使勵(lì)磁繞組的電流If也變化，從而使勵(lì)磁繞組上的電壓Uf及電容　上的電壓uc也跟隨改變，Uc與Uf的相位差？也隨之改變，即改變Uc的大小，Uc　與Uf的相位差也隨之改變，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似，如圖所示。其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個(gè)是控制繞組L，聯(lián)接控制信號(hào)電壓Uc。所以交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動(dòng)機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。

　　目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：

　　一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長(zhǎng)； 另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子，如圖所示。

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)在沒(méi)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與分相式單相異步電動(dòng)機(jī)雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者得多，所以伺服電動(dòng)機(jī)與單機(jī)異步電動(dòng)機(jī)相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)：

　　1、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大

　　由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖中曲線1所示，與普通異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線2相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S0＞1，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。

　　2、運(yùn)行范圍較寬

　　如圖所示，較差率S在0到1的范圍內(nèi)伺服電動(dòng)機(jī)都能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　3、無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象

　　正常運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電動(dòng)機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)失去控制電壓后，它處于單相運(yùn)行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩特性（T1－S1、T2－S2曲線）以及合成轉(zhuǎn)矩特性（T－S曲線）如圖所示，與普通的單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性（圖中T′－S曲線）不同。這時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩T是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而使電動(dòng)機(jī)迅速停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　圖是伺服電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行時(shí)的機(jī)械特性曲線。負(fù)載一定時(shí)，控制電壓Uc愈高，轉(zhuǎn)速也愈高，在控制電壓一定時(shí)，負(fù)載增加，轉(zhuǎn)速下降。