交流伺服电动机及其驱动

②、旋转磁场的转向与三相电流的相序相同；
③、电气旋转磁场
④、旋转磁场的转速（称为同步转速）：
60 f
n • 各种旋转磁场的相对关系：
0
⑴、定子电流的旋转磁场相对于定子的转速：
1
P
⑵、定子电流的旋转磁场相对于转子的转速：
n0 n n0 1 sn0 s n0
(3)转子电流的旋转磁场相对于转子的转速：
2．异步(IM)型： • 结构 1）定子： 定子铁心：由0.35mm-0.5mm的硅钢片叠成。 定子绕组：按一定规律排列的三相绕组。 2）转子： 转子铁心：由0.35mm-0.5mm的硅钢片叠成。 转子绕组： 鼠笼式；绕线式：
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原理
①、定子绕组通入三相对称电流时产生旋转磁场；
的基本条件；在交流电机理论中有两种旋转磁场： 1）机械旋转磁场：通过原动机拖动磁极旋转产生。 2）电气旋转磁场：三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电
流时会在电机的气隙空间产生。· 两种旋转磁场尽管产生的机理
不相同，但在交流绕组中形成的电磁感应效果是一样的。
交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。 • 通常三相交流电机的定子都有对称的三相绕组。任意一相绕组通
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5、变频调速
1） 概念：改变电源频率的调速方法；
2）方法：通过变频技术改变电源的频率f1；
3）原理：
n0

60 f
2
1
4）应用：专用的变频技术，无级调速。
• 为了保持调速时电动机的最大转矩不变，需要维持磁通恒定： 需调节定子供电电压，即要求对交流电动机供电的变频器(VFD) 具有调压调频两种功能。
矢量控制：同时控制电动机输入电流I1的幅值和相位以得到交流电动 机的最佳控制。
三、异步电动机的特点
(1)全封闭无刷构造，无需定期检查和维修； (2)定子无铸件壳体，结构紧凑，外形小，重量轻； (3)定子铁芯开槽多且深，绝缘可靠，磁场均匀； (4)可对定子铁芯直接冷却，散热效果好，提高系统可靠性； (5)转子采用精密磁极形状的永久磁铁，可实现高扭矩/惯量比，动
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• 转子的转速ns与旋转磁场转速相同，称为同步转速。ns与所接交 流电的频率f及电机的磁极对数p之间的关系为 ns＝f／p。在中
国，电源频率为50赫 ，因此二极电机同步转速为3000 转／分， 四极电机同步转速为1500转／分， • 采用永久磁铁磁场，不需要磁化电流控制，只要检测磁铁转子的 位置即可；也称为无刷直流伺服电动机。容易控制；转矩产生机 理与直流伺服电动机相同 • T=CMIa。（T：转矩；CM：转矩系数；：气隙磁通；Ia ：转子 电流）
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二、矢量控制原理
交流电动机作为执行元件：实现精密的位置控制，并能在较 宽的调速范围内产生理想的扭矩，提高生产率
关键是解决对交流电动机的控制和驱动 气隙磁场难于直接检验，可以用转子的位置和速度的等效控
制（矢量控制）来代替 矢量控制是交流伺服系统的关键，可以利用微处理器和微型
态响应好，运行平稳； (6)应用矢量控制技术，具备调速范围宽、稳速精度高、动态响应快
等良好的技术性能。
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四、交流调速系统
1、调速：改变电动机的转速；
2、调速方法：
1）机械调速：靠机械的传动改变电动机的转速；
2）电气调速；用电气的方法改变电动机的转速；
3、电气调速方法：由式
n
1 s60 f 1
T=CMI2 cos （T：转矩；CM：转矩系数；：气隙磁通；I2： 转子电流；cos：转子功率因数）
，I2，cos 都是转差率S的函数，难以直接控制
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总结： 交流电机主要包括异步电机和同步电机两大类；两类电机在结构
上既具有共同之处，又各有其自身特点。 共同之处在于定子铁心和绕组，不同之处在于转子结构和绕组。 旋转磁场：交流电机工作的基础；是电能和机械能之间互相转换
60 f 60 f
n
2s P
P 1 s n0
(4)转子电流的旋转磁场相对于定子的转速：
n2 n n 1 sn0 s n0 n0
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动画演示
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(5)转子电流的旋转磁场相对于定子电流的旋转磁场的转速：
n2 n0 0
计算机数控对交流电动机作磁场的矢量控制，从而获得对交 流电动机的最佳控制。 矢量控制原理：
矢量控制：同时控制电动机输入电流I1的幅值和相位以 得到交流电动机的最佳控制。
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r1，X1为定子绕组的电阻和漏抗；r2，X2为转子绕组的电阻和漏抗； rm为与定子铁心相对应的等效电阻；Xm为与主磁通相对应的铁心 电路的电抗；S为滑差率。Im为励磁电流，在整个负载范围保持不 变；I2为转子电流，电磁转矩T与I2成正比。I1为输入电流。
以交流电流时产生的是脉振磁场。但若以平衡的三相电流通入三 相对称绕组，就会产生一个在空间旋转的磁场。
• 磁场的对称轴线随时间而转动，其转速（n）由电流频率（f）和 磁极对数（p）决定：n＝60f／p。一般说来，旋转磁场的转向总
是从电流超前的相移向滞后的相。如果通入三相绕组的电流相序 相反，旋转磁场的转向也相反。
P
式中，n：电动机转速；f：外加电源频率；P：电动机极对数；S：转差率
可知，调速方法有变极调速、变频调速、改变转差率调速。
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4、变极调速
1)概念：改变磁极对数的调速方法；
2)方法：一相绕组的两个线圈由串联改为并联， 3)原理：极对数由P变为P/2 ，旋转磁场的转速由n0变为2n0 ；
4)应用：专用的多速电动机，有级调速。
所以转子电流的旋转磁场和定子电流的旋转磁场相对静止， 合成共同的旋转主磁通Φ0
异步电机转子的转速则总是低于或高于旋转磁场的转速，两 者之差（称为转差）通常在10％以内。
交流电机（不管是同步还是异步）的转速受电源频率的制约， 因而调速较为困难。
气隙磁场难于直接检验，可以用转子的位置和速度的等效控 制（矢量控制）来代替