交流电动机驱动及其控制
交流伺服电动机解析,交流伺服电动机的基本类型、控制方式及其特点
交流伺服电动机解析，交流伺服电动机的基本类型、控制方式及其特点交流伺服电动机，是将电能转变为机械能的一种机器。
交流伺服电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。
电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。
交流伺服电动机主要由定子部分和转子部分组成，其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同，在定子铁心中也安放着空间互成90度电角度的两相绕组（其中一组为激磁绕组，另一组为控制绕组）。
交流伺服电动机控制精度高，矩频特性好，具有过载能力，多应用于物料计量，横封装置和定长裁切机上。
交流伺服电动机的基本类型与普通交流电动机类似，交流伺服电动机也分为异步和同步两种。
两相交流伺服电动机原理上就是一台两相异步电动机。
它的定子上正交放置两相绕组，这两相绕组一个叫励磁绕组，另一相为控制绕组。
转子一般有两种结构形式，一种是笼型转子，这种转子的结构与普通笼型感应电动机的转子相同；另一种是非磁性空心杯转子，其结构如图所示。
笼型转子与空心杯转子比较。
前者输出力矩大、结构简单、励磁电流小、效率高，唯一不足是转子转动惯量大，因而动态响应不如空心杯转子快。
空心杯转子具有惯性小，反应灵敏，调速范围大、但这种电动机的励磁电流较大，因而功率因素和效率较低。
运行时，励磁绕组一般施加固定单相交流电压，通过对控制绕组的控制电压进行必要的控制来实现对转速的调节。
同时应注意，在相位上是不同的。
交流伺服电动机的控制方式交流伺服电动机的控制方式有三种：（1）幅值控制幅值控制通过改变控制电压Uc的大小来控制电机转速，此时控制电压Uc与励磁电压Uf之间的相位差始终保持90°电角度。
控制绕组为额定电压时所产生的气隙磁通势为圆形旋转磁通势，产生的电磁转距最大。
（2）相位控制通过改变控制电压Uc与励磁电压Uf之间的相位差来实现对电机转速和转向的控制，而控制电压的幅值保持不变。
Uc相位通过移相器可以改变，从而改变两者之间的相位差，（3）幅值相位控制励磁绕组串接电容c后再接到交流电源上，控制电压Uc与电源同相位，但幅值可以调节，当Uc的幅值可以改变时，转子绕组的耦合作用，使励磁绕组的电流If也变化，从而使励磁绕组上的电压Uf及电容上的电压uc也跟随改变，Uc与Uf的相位差？也随之改变，即改变Uc的大小，Uc与Uf的相位差也随之改变，从而改变电机的转速。
电动车驱动电机及其控制技术综述
电动车驱动电机及其控制技术综述摘要：简述了电动车驱动系统及特点，在此基础上全面分析并比较了电动车要紧电气驱动系统，着重介绍了一种深埋式永磁同步电动机及其操纵系统，最后简要概述了电动车电气驱动系统的进展方向。
1 概述电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其特殊的优越性与竞争力，而且能够更方便地使用现代操纵技术实现其机电一体化的目标，因而具有广阔的进展前景。
现有电动车大致能够分为下列几个要紧部分：蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。
驱动系统为电动车提供所需的动力，负责将电能转换成机械能。
不管何种电动车的驱动系统，均具有基本相同的结构，都能够分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分，其中电气驱动子系统是电动车的心脏，要紧包含电动机、功率电子元器件及操纵部分。
如图1所示。
其中，电动车驱动系统均具有相同或者相似的功能模块，如图2所示。
2 电动车电气驱动系统比较电动机的类型对电气驱动系统与电动车整体性能影响非常大，评价电动车的电气驱动系统实质上要紧就是对不一致电动机及其操纵方式进行比较与分析。
目前正在应用或者开发的电动车电动机要紧有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。
由这四类电动机所构成的驱动系统，其总体比较如下表所示。
电动车电气驱动系统用电动机比较表下面分别对这几种电气驱动系统进行较为全面地分析与阐述。
2.1 直流驱动系统直流电动机结构简单，具有优良的电磁转矩操纵特性，因此直到20世纪80年代中期，它仍是国内外的要紧研发对象。
而且，目前国内用于电动车的绝大多数是直流驱动系统。
但普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花，不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用，其换向器保护困难，很难向大容量、高速度进展。
此外，电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。
此外，直流电动机价格高、体积与重量大。
随着操纵理论与电力电子技术的进展，直流驱动系统与其它驱动系统相比，已大大处于劣势。
石油钻井中交流变频电动机及其控制系统的应用
石油钻井中交流变频电动机及其控制系统的应用摘要：随着中国对石油能源需求的增加，石油开采的环境变得越来越复杂，增加了石油开采的难度。
在石油开采过程中，交流变频电机的应用可以使石油开采更加简单高效，因此有必要加强对交流变频电机的分析。
关键词：石油钻机；交流变频电机；控制设备；被广泛应用于现代工业的交流变频电机，拥有无法被替代的优势，以该电机为研究对象，以石油钻机为切入点，围绕电机和控制系统的应用，展开了系统而深入的分析，内容涉及交流变频电机驱动的优点分析，交流变频电机控制系统分析等方面，望能够给有关人员以启发，使交流变频电机所具有的积极作用在钻井作业中得到充分发挥。
一、交流变频电动机交流变频电动机是一种特殊的变频电动机，交流变频电动机在具体应用中与一般变频电动机相比具有以下特点：（1）在设计中所使用的绝缘材料采用的为抵抗变频器谐波突破的特殊材料，提高交变频电动机的性能。
（2）结构设计和电磁设计与一般变频电机相比较特殊。
在石油钻井中应用交流变频电动机与直流钻机和机械钻机相比，在钻井过程中，对交流变频调速技术进行合理应用，可以很好的适应石油钻井在工艺上的具体要求，并且使钻机的机械结构得到了进简化，减少了对钻井机械的保养，使设备的可靠性和安全性得到进一步提高。
此外，交流变频电动机还具有质量轻、体积小、故障少等诸多优点，因此在石油钻井中需要加强对其的应用，提高石油钻井的工作效率。
二、交流变频电动机及其控制系统的应用1.交流变频石油钻机。
（1）石油钻机钻进原理。
石油钻机用于石油或天然气资源的钻采过程，运行过程中钻机带动钻具击碎岩石向下钻进，辅助完成地下资源的开采。
现阶段，国内外石油开采中常用的钻井方式为旋转钻井，即将钻头旋转击碎岩石，形成钻井结构。
然后利用钻杆将钻头探入到钻井底部，通过转盘或驱动装置带动钻头及钻杆旋转，钻井泵向井内输送钻井液，并将井底碎石带回到地面，再利用吊车等大型设备完成钻具安置。
（2）交流变频石油钻机。
交流伺服电动机的原理及三种转速控制方式
交流伺服电动机的原理及三种转速控制方式交流伺服电机的定子装有三相对称的绕组，而转子是永久磁极。
当定子的绕组中通过三相电源后，定子与转子之间必然产生一个旋转场。
这个旋转磁场的转速称为同步转速。
电机的转速也就是磁场的转速。
由于转子有磁极，所以在极低频率下也能旋转运行。
所以它比异步电机的调速范围更宽。
而与直流伺服电机相比，它没有机械换向器，特别是它没有了碳刷，完全排除了换向时产生火花对机槭造成的磨损，另外交流伺服电机自带一个编码器。
可以随时将电机运行的情况“报告”给驱动器，驱动器又根据得到的11报告"更精确的控制电机的运行。
由此可见交流伺服电机优点确实很多。
可是技术含量也高了，价格也高了。
最重要是对交流伺服电机的调试技术提高了。
也就是电机虽好，如果调试不好一样是问题多多。
伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与H标值进行比较，调整转子转动的角度。
伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
伺服电动机（或称执行电动机）是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件。
其作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度，按电流种类的不同，伺服电动机可分为直流和交流两大类。
下面简单介绍交流伺服电动机有以下三种转速控制方式：(1)幅值控制控制电流与励磁电流的相位差保持90°不变，改变控制电压的大小。
(2)相位控制控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，改变控制电压的相位。
(3)幅值一相位控制同时改变控制电压幅值和相位.交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相位的反相而改变。
交流电动机驱动及其控制
5、4、1 交流伺服电机特点及其调速方法
直流伺服电机具有电刷与整流子,尺寸较大且必须 经常维修,使用环境也受到一定影响,特别就是其容量较 小,受换向器限制,很多特性参数随速度而变化,因而限制 了直流伺服电机向高转速、大容量发展。
交流伺服电机采用了全封闭无刷结构,以适应实际 生产环境,不需要定期检查与维修。其定子省去了铸件壳 体,结构紧凑、外形小、重量轻(只有同类直流电机得75 ％～90％)。定子铁芯较一般电机开槽多且深,绕组绕在 定子铁芯上,绝缘可靠,磁场均匀。可对定子铁芯直接冷 却,散热效果好,因而传给机械部分得热量小,提高了整个 系统得可靠性。转子采用具有
5、4、2 变频器调速装置(VFD)
一、晶闸管变频器得工作原理
图5-36所示为交－直－交变频器得主电路,它由整 流器、中间滤波环节及逆变器三部分组成。整流器为 晶闸管三相桥式电路,它得作用就是将恒压恒频交流电 变换为直流电,然后再用作逆变器得直流供电电源。逆 变器也就是晶闸管三相桥式电路,但它得作用与整流器 相反,它就是将直流电变换调制为可调频率得交流电,就 是变频器得主要组成部分。中间滤波环节由电容器、 电抗器组成,它得作用就是对整流后得电压或电流进行 滤波。
需要运动与位置控制场合得就是同步型交流伺服电机。 这种伺服电机通常具有永磁得转子,故称为永磁交流伺 服电机,以区别于有笼型转子得异步型交流伺服电机。 在这里主要讨论永磁交流伺服系统。
现代永磁交流伺服系统中所采用得永磁同步电机 经特殊设计,同轴安装有转子位置传感器、速度传感器, 根据需要还可以安装安全制动器与强迫冷却得风机等。
永磁交流伺服驱动系统按照其工作原理、驱动电 流波形与控制方式得不同,又可分为两种伺服系统;矩形 波电流驱动得永磁交流伺服系统与正弦波驱动得永磁 交流伺服系统。其原理分别如图5-42与5-43所示。
项目三 交流电机类型及其控制技术
第四节 三相异步感应电动机的转矩与功率的关系
从定子输入到转子的功率（kw）
Pm
2 n0T
60
式中， T 为旋转磁场作用于转子导体所产生的转矩； n0 为旋转磁场的同步
转速。
当转子的转速为 n（r/min）时，转子产生的总机械功率（包括有用功率和损
耗的功率）（W）
2 nT
Pm 60
式中，n 为电动机转子转速。
2)制动运转状态。三相异步感应电动机的三种制动运转状态：反馈制动、反 接制动和能耗制动。一般情况下，电动汽车利用反馈制动回收能量可以达到车辆 所消耗能量的10%～15%,这对与电动汽车的节能有重要意义。
在反馈制动状态，感应电动机被电动车带动，并将一部分惯 性能量转换为转子钢耗，而大部分通过进入定子。除去定子铜 耗与铁耗后，电能反馈到电流转换器被转换并储存到动力电池 中，因此又称为发电制动。由于Te为负，s<0，所以反馈制动状 态的机械特性是电动状态机械特性向第三象限的延伸。
下降，如图 3-13 所示。
图 3-13 功率因数特性
(5)效率特性 效率特性η = f2(P2)。根据η = P2/ P1，P2 =0，η =0。P2 增加，η 提高，当 P2 增加到某一临界值时, η 又下降。这是因为铜损与电流有关，与电流平方成正比， 如图 3-14 所示。
图 3-14 效率特性
三相异步电动机根据其转子结构的不同又可分鼠笼式和绕线式两大类，其中鼠笼 式应用最为广泛。
交流异步电机具有以下的特点。交流异步电动机具有结构简单、坚固耐用、价格 便宜、工作可靠、效率较高、无需保养等特点，特别是采用鼠笼式转子时，交流电 动机具有其他电动机不可比拟的优点，随着电子调速技术的发展，已成为电力拖动 选择的主要机型。
交流伺服电机的控制研究
交流伺服电机的控制研究摘要：随着科学技术的不断发展和计算机技术的不断进步，以及现代控制理论的不断创新，交流伺服系统作为现代主力驱动设备，在机器人、数控机床和航空航天等领域发挥着越来越重要的作用，是现代化工业生产不可或缺的一部分。
因此对于电机控制的要求也越来越严格和多样。
本文以交流伺服电机的控制为题，简单介绍几种电机控制的方法。
关键词：交流伺服电机；矢量控制；永磁同步电机；直接转矩控制0 前言交流伺服电机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf 上;另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。
所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机[1]。
20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。
交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。
90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。
交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。
1 交流伺服系统的现状与发展方向1.1 交流伺服控制系统的现状伺服控制系统虽然应用已久，大量应用于结构简单的直流电机，在结构复杂的交流电机应用中还无法达到人们理想的效果，使得应用受到限制。
由于直流电机控制简单，长期应用于各种领域。
直到年，德国西门子工程师提出了矢量控制方法，将交流电机解耦后再控制，使交流电机能够和直流电机的控制性能有极高的相似之处，解决了长期阻碍交流电机发展的控制问题。
交流电机冰开始广泛在伺服控制领域应用起来，未来必将取代直流电机，在伺服控制领域中占主导地位。
由于各项相关技术理论的进一步完善，应用不断深入，验证了交流伺服系统的稳定性。
发达国家的电器公司在伺服控制领域，直流电机已经由交流电机完全代替。
电机与电力电子掌握电动机的控制与驱动技术
电机与电力电子掌握电动机的控制与驱动技术电机是现代工业与生活中不可或缺的重要设备，而电力电子作为电机的控制与驱动核心技术，对电机的性能表现和应用提出了更高的要求。
本文将介绍电机的控制与驱动技术，并探讨它们在各个领域的应用。
1. 电机的基本原理电机是将电能转化为机械能的设备。
电机的基本原理是利用电流通过导线产生的磁场与永磁体或电磁体之间相互作用来产生力矩。
根据电机的不同工作原理，可以将其分为直流电机和交流电机。
2. 电机控制技术电机的控制技术是指通过改变电流或电压来控制电机的运行状态。
常见的电机控制技术包括调速、转向、定位等。
其中，电机的调速控制技术是电机控制中最常用的技术之一。
2.1 直流电机控制技术直流电机采用的控制技术主要包括电阻切换控制、PWM控制和矢量控制三种。
2.1.1 电阻切换控制电阻切换控制是通过改变电阻来改变电机的转速。
这种控制技术简单、成本低，但效果较差，不适用于对电机性能要求较高的应用场合。
2.1.2 PWM控制PWM控制是通过改变脉宽来改变电机的转速。
脉宽越大，电机的转速越快。
这种控制技术简单、效果较好，被广泛应用于各种直流电机控制系统中。
2.1.3 矢量控制矢量控制是将直流电机模型转换为交流电机模型进行控制，通过控制电流和电压的相位和幅值来实现电机的精确控制。
矢量控制技术具有高效性能和较高的响应速度，适用于对电机精确度要求较高的应用场合。
2.2 交流电机控制技术交流电机的控制技术主要包括感应电机矢量控制、同步电机矢量控制和直接转矩控制三种。
2.2.1 感应电机矢量控制感应电机矢量控制是通过控制电流和电压的相位和幅值来实现对感应电机的精确控制。
这种控制技术具有较高的效率和较好的响应性能，被广泛应用于传动系统、工业控制等领域。
2.2.2 同步电机矢量控制同步电机矢量控制是通过控制电流和电压的相位和幅值来实现对同步电机的精确控制。
同步电机矢量控制技术具有较高的效率和较好的动态性能，适用于对电机稳定性要求较高的应用场合。
交流伺服电机驱动电路
交流伺服电机驱动电路在许多自动化系统和机械设备中，使用电动马达进行精确的位置控制是至关重要的。
交流伺服电机作为一种高性能电机，通常用于需要高精度位置控制和速度控制的应用中。
为了有效地驱动交流伺服电机，需使用专门设计的电路。
本文将介绍交流伺服电机驱动电路的基本原理和设计要点。
1. 交流伺服电机简介交流伺服电机是一种能够在宽范围内实现高精度位置和速度控制的电机。
它通常由电动机本体、编码器、控制器和驱动电路组成。
与普通交流电动机相比，交流伺服电机通常配备有更高分辨率的编码器，以便实现更精确的位置反馈。
2. 交流伺服电机驱动电路组成交流伺服电机驱动电路一般由以下几个主要组成部分构成：2.1 三相功率放大器交流伺服电机通常为三相电机，因此需要使用三相功率放大器来驱动。
功率放大器的作用是将控制信号转换为电流，通过电流驱动电机转子旋转。
2.2 位置反馈回路位置反馈回路通过编码器等装置获取电机当前位置信息，并将其反馈给控制器。
控制器可以根据位置反馈信息来调节电机的转速和位置，实现闭环控制。
2.3 控制器控制器是交流伺服系统的大脑，负责接收位置指令、位置反馈信息等，并根据反馈信息实时调节电机的输出信号，以实现精确的位置和速度控制。
2.4 电源模块电源模块为整个系统提供稳定的电源供应，并通过节能模式等功能来优化系统性能。
3. 交流伺服电机驱动电路设计要点3.1 电源系统设计在设计交流伺服电机驱动电路时，首先要考虑的是电源系统的设计。
电源系统需要提供稳定的电源输出，并能够应对电机启动、制动等瞬时大电流需求。
3.2 电流限制和过流保护在电机运行过程中可能会出现过载或短路等情况，因此需要设计电流限制和过流保护电路，以防止电机受损。
3.3 位置反馈系统设计位置反馈系统对于实现精确的位置控制至关重要。
设计时需选择高分辨率的编码器，并确保编码器与控制器之间的通信稳定可靠。
3.4 控制器设计控制器是整个系统的核心，需要具备强大的计算和响应能力。
交流异步电机和控制方法
损失和环境污染
交流·异步电机的未来发展
综上所述，交流·异步电机 在未来将继续发挥重要作用， 并在多个领域得到更广泛的 应用
随着技术的不断创新和发展， 其性能和应用范围将不断提 升和扩展，为人类社会的可 持续发展做出更大的贡献
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交流·异步电机 的挑战与解决方
案
交流·异步电机的挑战与解决方案
尽管交流·异步电机在许多领域得到了广泛应用，但仍面临着一些挑战。以下是一些主要 的挑战以及可能的解决方案
生产的自动化和高效化
医疗器械：在医疗器械中，如呼 吸机、血压计等，交流·异步电 机作为驱动机构或传感器，用于 实现设备的精确测量和自动控制
航空航天：在航空航天领域，交 流·异步电机作为辅助电机或驱 动机构，用于实现航空器的导航、 控制和推进
军事：在军事领域中，交流·异 步电机作为武器系统、雷达、通 信设备的驱动机构或执行器，用 于实现军事装备的精确制导和控 制
电磁干扰问题
交流·异步电机在工作过程中 会产生电磁干扰，对周围设备 和系统造成影响。为了减小电 磁干扰，可以采取电磁屏蔽、 滤波和接地等措施
交流·异步电机的挑战与解决方案
针对以上挑战，需要不断进行技术创新 和研发，以推动交流·异步电机的发展 和应用
同时，加强与相关领域的合作与交流， 共同解决面临的挑战也是非常重要的
此外，制定和完善相关标准和规范，促 进电机的标准化和规范化发展也是推动 交流·异步电机应用的重要方向
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总结
交流·异步电机作为一种常 见且重要的电机类型，在许
多领域都得到了广泛应用
通过对其工作原理和控制方 法的了解，我们可以更好地 利用其优点并解决其存在的
问题
总结
在未来，随着技术的不断进 步和应用需求的不断提高， 交流·异步电机仍将继续发 挥重要作用，并在更多领域 得到更广泛的应用
交流伺服电动机工作原理
交流伺服电动机工作原理交流伺服电动机是一种常用的电机类型，在许多工业领域都有广泛的应用，如机床、自动化生产线、纺织机械等。
它具有精准的位置和速度控制能力，可以有效提高生产效率和产品质量。
本文将重点介绍交流伺服电动机的工作原理及其控制方法。
一、交流伺服电动机的工作原理交流伺服电动机的工作原理是将交流电源输出的三相电压经过控制器处理后，传递给电机三相绕组，从而形成旋转磁场，驱动电机转动。
控制器通过对电机绕组的电流、角度和速度进行精确控制，可以实现电机的精准位置和速度控制。
具体来说，交流伺服电动机的工作过程如下：1. 信号传输：电机控制器将位置和速度信号传输给电机。
2. 控制器处理：控制器接收信号后，根据要求计算出驱动电机所需的电流和角度。
3. 电机绕组：将控制器输出的电流和角度信号传输给电机三相绕组。
4. 旋转磁场：绕组受到信号的作用后，形成旋转磁场，驱动电机旋转。
5. 反馈信号：电机转动时，编码器会不断输出位置和速度信息，送回给控制器。
6. 控制器处理：控制器通过对反馈信号的处理，调整电流、角度和速度，以达到控制目标。
二、交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机的控制方法一般分为位置控制和速度控制两种。
1. 位置控制：交流伺服电动机可以根据控制器输入的位置指令，到达指定的位置后停止或维持该位置，具有较高的精度和可靠性。
位置控制一般采用PID控制算法，通过对反馈信号和指令信号的比较，调整电流大小和方向，改变电机的转速和角度，使电机实现准确的位置控制。
2. 速度控制：交流伺服电动机还可以根据控制器输入的速度指令，以一定的速度旋转。
速度控制通常采用闭环控制，将编码器输出的速度信号与目标速度信号进行比较，控制电机输出的电流大小和方向，调整电机的转速，使得电机实现精确的速度控制。
三、交流伺服电动机的优点与应用交流伺服电动机具有许多优点，主要包括以下几点：1. 精度高：交流伺服电动机具有高精度的位置和速度控制，可以达到毫米或微米级别的精度。
交流伺服电机的机械特性及控制方式PPT
轴形成电磁转矩。根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的 方向是一致的，也是顺时针方向。因此，鼠笼转子便在电 磁转矩作用下顺着磁铁旋转的方向转动起来。
励磁绕组 控制绕组
电气原理图
ic I m sin t
if I m sin t 90
if Ic
南京埃斯顿 太仓东元
国内重要伺服系统生产企业
5、卧龙电气集团股份有限公司 公司，前身是成立于1995年的浙江 卧龙集团电机工业有限公司。1998 年变更设立为浙江卧龙电机股份有 限公司。
6、北京和利时电机技术有限公 司，位于江苏省苏州市太仓市浏河 镇闸南工业区。
卧龙电气
北京和利时
国外重要伺服系统生产企业 产品进入我国市场的国外重要伺服系统生产企业有：
(1)调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控制电 压改变，能在宽广的范围内连续调节。 (2)转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。 (3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。
1.4 伺服电机在自控制系统中的典型应用
其它场合的应用
国内重要伺服系统生产企业
1、广州数控设备有限公司公司，创 建于1991年，位于广州市罗冲围螺涌北 路一街7号。
C B
A
伺服电动机的机械特性
设电机的负载阻转矩为TL，控制电压 0.25UC时,电机在特性点A运行，转速为na，这 时电机产生的转矩与负载阻转矩相平衡。当 控制电压升高到0.5UC时，电机产生的转矩就 随之增加C，由于电机的转子及其负载存在着 惯性，转速不能瞬时改变，因此电机就要瞬 时地在特性点C运行，这时电机产生的转矩大 于负载阻转矩，电机就加速，一直增加到nb， 电机就在B点运行。
德国西门子伺服电机 安川伺服电机驱动器
单相交流电动机的控制与调速技术
任务３.１ 单相异步电动机常用控制技 术
• 由于单相异步电动机的启动转矩为０, 所以需采用其他途径产生启动 转矩。 按照启动方法与相应结构不同, 单相异步电动机可分为分相式 或罩极式。
• １.单相分相式异步电动机 • 这种电动机是在电动机定子上安放两套绕组, 一个是工作绕组Ｕ１－
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任务３.１ 单相异步电动机常用控制技 术
• 单相异步电动机的定子由定子铁芯和定子绕组构成, 如图３－６ 所示 。
• (２) 转子。 • 单相异步电动机的转子由转子铁芯、转子绕组和转轴构成, 如图３－
７ 所示。 • (３) 其他部件。 • 单相异步电动机的其他部件还包括机壳和前、后端盖等。 • ２.单相异步电动机的工作原理 • 单相异步电动机属于感应电动机, 其工作原理与三相异步电动机一样,
• ２.对罩极式单相异步电动机的反转控制 • 罩极式单相异步电动机的转向由定子磁极的结构决定, 一般情况下, 不
能用改变外部接线的方法改变电动机的转向。 尤其是凸极式, 罩极部 分已经固定, 如果一定要改变转向, 在允许和可能的情况下将定子铁芯 从机座中抽出, 调转１８０°再装进去, 这样就可以使凸极式罩极异步 电动机反转了。
• 单相罩极式异步电动机结构简单, 制造方便, 噪声小, 且允许短时过载 运行。 但启动转矩小, 且不能实现正反转, 常用于小型电风扇上。
• ３.１.３.３ 单相异步电动机的反转 • １.对分相式单相异步电动机的反转控制 • 对于三相异步电动机, 如果将输入的三相电源线任意两相对调, 电动机
就可以反转。
允许通电试车。 • (５) 等电动机停转后, 先拆除电源线, 再拆除电动机接线, 然后整理训
练场地, 恢复原状。 • ２.用接触器控制单相异步电动机正反向运行的控制电路安装
单交流电机控制器原理
单交流电机控制器原理交流电机控制器是一种用于控制交流电机运行的装置，它能够实现交流电机的启停、正反转、速度调节以及电机保护等功能。
在工业自动化系统中，交流电机控制器广泛应用于各种机械设备和工艺流程中。
交流电机控制器的主要原理是通过改变电源电压、频率和相位来控制电机的运行。
对于三相交流电机，控制器主要通过改变三相电压的大小和相位关系来控制电机的运行状态。
下面将对交流电机控制器的工作原理进行详细介绍。
交流电机控制器有三种常见的控制方式，分别是电压控制、频率控制和矢量控制。
1.电压控制：电压控制是最基本和常见的控制方式，通过改变电源对电机施加的电压来调节电机的转速。
在电压控制方式下，电机的转矩与供电电压成正比，转速与供电电压成反比。
电压控制方式主要通过三相可控硅装置或者PWM调制器来实现电源电压的调节。
2.频率控制：频率控制是根据电机的工作需要，改变电源对电机供电的频率来改变电机的转速。
频率控制方式主要通过变频器（或称变频调速器）来控制电源对电机的输出频率，从而调节电机的转速。
变频器内部通过对电源电压进行整流、滤波、逆变和PWM调制等处理，产生与输出频率和电压匹配的交流电信号，从而实现电机的调速。
3.矢量控制：矢量控制是一种高级的控制方式，通过对电机的电流、电压和磁场进行测量和控制，实现对电机转速、转矩和位置的精确控制。
矢量控制方式主要通过矢量控制器和位置传感器来实现。
矢量控制方式可以使电机在启动、加速、减速和制动等各个工作状态下都能够保持良好的控制性能。
除了以上的控制方式，交流电机控制器还需要具备各种保护功能，以保护电机的安全运行。
常见的电机保护功能包括过压保护、欠压保护、过载保护、短路保护、过热保护等。
在电机控制器中，通常会设置相关的保护回路和传感器，对电机的运行参数进行监测和控制。
总之，交流电机控制器是通过改变电源电压、频率和相位来控制电机的运行状态的装置。
它具备多种控制方式和保护功能，可以实现电机的启停、正反转、速度调节和保护等功能，广泛应用于各种机械设备和工艺流程中。
交流电动机的原理及应用
交流电动机的原理及应用1. 交流电动机的基本原理交流电动机是一种将电能转换为机械能的装置。
其基本原理是利用交流电力输入，通过电磁感应作用产生旋转磁场，进而驱动电机转动。
交流电动机的工作原理涉及磁场的产生、转速控制和效率等方面。
•磁场的产生–交流电动机中的磁场一般由定子和转子产生。
定子上通电产生的磁场称为主磁场，转子上的磁场称为感应磁场。
当交流电通过定子绕组时，会形成交变磁场，激励转子磁极产生旋转磁场。
–交流电动机中的磁场产生主要依靠电磁感应原理。
利用电流通过线圈时产生的磁场相互作用，形成磁极和磁场的耦合。
•转速控制–交流电动机的转速控制可以通过改变输入电流的频率和幅值实现。
频率越高，转子旋转速度越快，频率越低，转速越慢。
–交流电动机的转速控制还可以通过改变输入电压的幅值来实现。
增加电压会加速转子旋转，降低电压会减慢转速。
•效率–交流电动机的效率一般在75%到95%之间，相对于直流电动机来说，交流电动机的效率较高。
这是因为交变磁场的产生会降低能量损失，提高电机的转换效率。
2. 交流电动机的应用领域交流电动机由于其结构简单、体积较小、效率高等优点，在许多领域得到了广泛应用。
•工业应用–交流电动机在工业领域中扮演着重要的角色。
常见的工业应用包括风机、泵、压缩机、机床、输送机、发电机组等。
交流电动机通过灵活的转速控制、高效的运转和固有的节能特性，为工业生产提供了可靠动力支持。
•家用电器–家电领域是交流电动机的另一个广泛应用领域。
例如，空调、洗衣机、冰箱、电视等家用电器中都采用交流电动机。
交流电动机不仅具有较高的效率，还具备小体积、低噪音、长寿命等特点，满足了家用电器对电机性能的要求。
•交通工具–交流电动机在交通工具中的应用越来越多。
电动汽车、高铁、地铁等交通工具都采用交流电动机作为动力驱动装置。
交流电动机在交通工具中的应用，不仅提供了节能环保的解决方案，还可以提供较高的输出功率。
3. 交流电动机与直流电动机的比较交流电动机与直流电动机是目前应用最广的两种电动机类型，它们各有优势和适用场景。
交流永磁同步伺服电机及其驱动技术pmsm
形成旋转磁场。
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定义了合成定子电流矢量后，则 定子绕组的总磁势矢量为
Fs Nis N (ia aib a2ic )
N—定子绕组线圈总匝数
要注意合成定子电流仅仅是为了 描述方便引入的虚拟量。
β
b
is ia aib a2ic
a cos120 j sin120 1 j 3 22
a2 cos 240 j sin 240 1 j 3 22
11
33
is ia 2 ib 2 ic j( 2 ib 2 ic )
c
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is
a
is
ia
1 2
ib
1 2
同步电机 和 感应电机 永磁同步电机 （Permanent Magnet Synchronous Motor 简称PMSM）
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1、结构 和工作原理
第2页/共83页
主要由定子、转子及测量转子位置的传感器构成。 定子和一般的三相感应电机类似，采用三相对称
绕组结构，它们的轴线在空间彼此相差120度。 转子上贴有磁性体，一般有两对以上的磁极。 位置传感器一般为光电编码器或旋转变压器 。
SL RL
C1
uapwM ubpwM ucpwM
T1
T3
T5
Z
L1 L2 L3
o
uS
a
b
c /uapwM /ubpwM /ucpwM
ZZ
n
C2
T2
T4
T6
PMSM
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IGBT （Insulated-gate Bipolar Transistor ） 由MOSFET和GTR复合而成，结合二者的优点。
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第5章 伺服控制系统设计 5.4.2 变频器调速装置（VFD） 一.晶闸管变频器的工作原理
图5-36所示为交－直－交变频器的主电路，它由
整流器、中间滤波环节及逆变器三部分组成。整流器 为晶闸管三相桥式电路，它的作用是将恒压恒频交流 电变换为直流电，然后再用作逆变器的直流供电电源。 逆变器也是晶闸管三相桥式电路，但它的作用与整流 器相反，它是将直流电变换调制为可调频率的交流电， 是变频器的主要组成部分。中间滤波环节由电容器、 电抗器组成，它的作用是对整流后的电压或电流进行 滤波。
Ud 2
V1 C
N
VD1 U
V3
VD3 V
V5
VD5
W VD4 V2 VD2
Ud 2
C
V4
VD2
V6
u rU u rV u rW uc
调制 电路 (a)
图5-41 三相SPWM逆变电路图(a)
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
u O
t
u UN
Ud 2 O U d 2 u VN
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 需要运动和位置控制场合的是同步型交流伺服电机。 这种伺服电机通常具有永磁的转子，故称为永磁交流 伺服电机，以区别于有笼型转子的异步型交流伺服电 机。在这里主要讨论永磁交流伺服系统。 现代永磁交流伺服系统中所采用的永磁同步电机 经特殊设计，同轴安装有转子位置传感器、速度传感 器，根据需要还可以安装安全制动器和强迫冷却的风 机等。 永磁交流伺服驱动系统按照其工作原理、驱动电 流波形和控制方式的不同，又可分为两种伺服系统； 矩形波电流驱动的永磁交流伺服系统和正弦波驱动的 永磁交流伺服系统。其原理分别如图5-42和5-43所示。
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第5章 伺服控制系统设计
u uc ur
O
t
uo Ud
uo u of
O
t
图5-39 单相单极性SPWM控制方式原理
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第5章 伺服控制系统设计
u ur uc
O
t
uo Ud
u of
uo
O
t
－Ud
图5-40 单相双极性PWM控制方式原理
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第5章 伺服控制系统设计
交流伺服电机采用了全封闭无刷结构，以适应实 际生产环境，不需要定期检查和维修。其定子省去了铸 件壳体，结构紧凑、外形小、重量轻(只有同类直流电 机的75％～90％)。定子铁芯较一般电机开槽多且深， 绕组绕在定子铁芯上，绝缘可靠，磁场均匀。可对定子 铁芯直接冷却，散热效果好，因而传给机械部分的热量 小，提高了整个系统的可靠性。转子采用具有
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第5章 伺服控制系统设计
图5-37 三相桥式逆变器的原理电路图(a)
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
V1 Ud V2
VD1 R uo VD2 L
V3
VD3
V4
VD4
ur 信号波 u 载波 c
调制 电路
图5-37 三相桥式逆变器的原理电路图(b)
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第5章 伺服控制系统设计
正弦波调制信号的负半周也可用相同的方法来等效。
工程上获得SPWM调制波的方法是根据三角波与 正弦波的相交点来确定逆变器功率开关的工作时间的。
调节正弦波的频率或者幅位使可以相应地改变逆变器
输出电压基波的频率或幅值。 如图5-40所示，为单相双极性SPWM控制方式原 理图。在PWM型逆变电路中，使用最多的是图5-41所 示的三相桥式逆变电路，其控制方式一般都采用双极 性方式。
Ud N Ud 2 O Ud 2 u UV
t
Ud O －Ud u UN O
2U d U d 3 3
t
图5-41 三相SPWM逆变电路波形图(b)
t
(b)
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第5章 伺服控制系统设计 5.4.3 交流伺服系统组成 交流伺服系统由伺服电机和伺服驱动器两部分
SPWM。 如图5-39所示，为单相单极性SPWM控制方式原 理图。正弦波参考信号ur（也称调制信号）的正半周由 三角波uc （也称载波信号）划分为K份，每一份的正弦 曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的
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第5章 伺服控制系统设计 等高矩形脉冲的面积所代替，这样由K个等幅而不等 宽的矩形脉冲所组成的波形uo与正弦波的正半周等效。
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第5章 伺服控制系统设计 实现输出频率的调节。显然，同时改变三角波的频率 和参考直流信号电压ur的大小、就可以使逆变器在输出
变频的同时相应地改变电压的大小。
如果取正弦波作为参考信号ur，它与三角波相比 较后可得到矩形波，这是一组宽度按正弦规律变化的
矩形脉冲，这种调制方式称为正弦波脉宽调制，简称
组成。电机主体是永磁同步式或笼型交流电机，伺服
驱动器通常采用电流型脉宽调制(PWM)三相逆变器和 具有电流环为内环、速度环为外环的多环闭环控制系
统，其外特性与直流伺服系统相似，以足够宽的调速
范围(1：1000～1：10000)和4象限工作能力来保证它在 伺服控制中应用。目前常按电机类型将交流伺服系统 分为两大类：一类是同步型交流伺服系统(SM)，另一 类是异步型交流伺服系统(IM)。绝大多数用于机床数 控进给驱动控制、工业机器人关节驱动控制和其他
第5章 伺服控制系统设计
5.4 交流电动机驱动及其控制
5.4.1 交流伺服电机特点及其调速方法
5.4.2 变频器调速装置（VFD）
5.4.3 交流伺服系统组成 5.4.4 交流伺服电机的矢量控制及应用实例
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第5章 伺服控制系统设计 5.4.1 交流伺服电机特点及其调速方法 直流伺服电机具有电刷和整流子，尺寸较大且必须 经常维修，使用环境也受到一定影响，特别是其容量较 小，受换向器限制，很多特性参数随速度而变化，因而 限制了直流伺服电机向高转速、大容量发展。
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
整流
逆变 负 载
～
图5-36 交—直—交变频电路结构图(a)
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第5章 伺服控制系统设计
图5-36 交—直—交变频电路结构图(b)
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第5章 伺服控制系统设计
R0 ～ V0 M 3～
图5-36 交—直—交变频电路结构图(c)
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第5章 伺服控制系统设计 二.脉宽调制方法（PWD） 逆变器是变频调速系统的核心。图5-37为三相桥 式逆变器的原理电路图，它采用电力晶体管GTR作开 关元件(也可以用其他开关元件)。 负载为三相对称电阻负载。由各开关管的基极驱 动信号分别整制各开关管的通断。基极驱动信号在电 路中一般常以载频信号uc与参考信号ur相比较产生，这 里uc采用单极性等腰三角形波形，而ur采用直流电压。 在uc和ur波形相交处发出调制信号，部分脉冲调制波形 如图5-38所示，那是经过三相对称倒相后a、b两点的 相位波形， uoo’和相电压uao’的脉冲列波形。
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第5章 伺服控制系统设计
思考题
5-1 试叙述伺服系统的含义。伺服系统的基本要 求是什么？
5-2 试比较开环、半闭环和闭环伺服系统的优缺
点。 5-3 分析步进式伺服系统、直流伺服系统和交流 伺服系统各自的特点及其应用场合。
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第5章 伺服控制系统设计
5-4 在步进式伺服系统中，是如何实现速度的方 向和大小控制的? 5-5 5-6 试分析直流电机PWM驱动电路的工作原理。 试分析交－直－交变频调速中SPWM逆变器
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第5章 伺服控制系统设计
图5-42 矩形波交流伺服驱动器原理图
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第5章 伺服控制系统设计
图5-43 正弦故交流伺服驱动器原理图
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 5.4.4 交流伺服电机的矢量控制及应用实例
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
5.5 直线电动机驱动及其控制
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第5章 伺服控制系统设计 交流电机的转速公式：
60 f n (1 s ) p n0 n s n0
式中，f－定子电源频率，s－转差率；p－极对数，n0－
同步转速。 根据上式，可得到不同的交流电机调速的方法：
(1)转子绕组串联电阻改变转差率，这种方法调速
机械特性很软，低速运行时电阻损耗很大。
图5-38
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第5章 伺服控制系统设计 在图示的波形中，输出电压一个周期内有12个等 腰三角形。输出波形正负半周对称，主回路中的6个开 关元件都是半周工作，通断6次输出6个等幅、等宽、 等距的脉冲列，另半周总处于截止状态。这6个开关元 件是以VT1～VT6的顺序轮流工作的。 输出的电压波形每半个周期出现6个等宽、等距脉 冲，中间2个脉幅高(等于2U/3)，两边4个脉幅低(等于 U/3)，正负半周对称。 从波形图可以清楚地看出：当三角形波幅值一定， 改变参考直流信号ur的大小，输出脉冲的宽度即随之改 变，从而改变输出的交流电压大小。当改变载频三角 波的频率而保持每周输出脉冲数不变时，就可以
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第5章 伺服控制系统设计 (2)改变定子电压来改变转差率，这种方法损耗也 很大。 (3)改变极对数来改变转速，这种方法调速是有级 的，而且调速范围窄。 (4)改变定子供电频率，可以平滑地改变电机的同 步转速，这种方法最为理想，称又交流变频调速，其 装置叫变频器调速装置(VFD)。 目前高性能的交流调速系统大都采用变频调速方 法来改变电机转速。为了保持在调速时电机的最大转 矩不变，需要维持磁通恒定，这时就需要定子供电电 压做相应调节。因此，对交流电机供电的变频器一般 都要求兼有调频调压两种功能。
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第5章 伺服控制系统设计 精密磁极形状的永久磁铁，因而可实现高转矩／惯量 比，动态响应好，运行平稳。因此交流伺服电机以其 高性能、大容量日益受到广泛的重视和应用。 但是交流电机的控制性能没有直流电机的好，也 正是由于这一点，交流伺服系统的发展历史没有直流 伺服系统早，在过去较长的一段时间远没有直流伺服 系统应用广泛。 随着电子学和电子技术的发展，特别是集成电路 和计算机控制技术的发展，交流伺服的发展极为迅速， 已进入与直流伺服相媲美、相竞争的时代，并有取而 代之的趋势。