微特电机的选用第九讲 交流伺服电动机的选用
宋立伟 朱春波 宋 凯(哈尔滨工业大学150001)
1引言
在小功率随动系统中经常采用交流伺服电动机,在控制系统中交流伺服电动机也常被用作执行元件。作为伺服电动机使用的交流电动机通常为两相交流电动机,它的结构与普通的感应电动机相近,但在特性上有很大的差别,即除了具有良好的控制性能外,还应具有宽广的调速范围、稳定的运行性能、机械特性和调节特性的线性度好、无自转现象、控制功率小起动转矩大以及快速响应好等特点。
2工作原理
交流伺服电动机的原理示意图如图1所示,其中wi为激励绕组,wk为控制绕组。通常,交流伺服电动机的激磁绕组与控制绕组为两相对称绕组,并且在两相绕组中通以两相对称电流。由旋转磁场的理论可知,在两相对称绕组中通以两相对称电流时,将产生一个圆形旋转磁场,它的幅值恒定,旋转方向是由电流****相到落后相,转速为:
当转子静止时,由于磁场的旋转,使得转子鼠笼的导条切割磁力线,则导条中的感应电势为:
当忽略导条电感时,导条中的电流为:
导条中电流与磁场相互作用产生电磁转矩,其表达式为:
这时,电机的转矩叫作起动转矩。当转子旋转时,只要其转速小于旋转磁场的转速,电机就存在电磁转矩。通常,电机的转速用转差率表示,转差率的表达式为:
在两相交流伺服电动机的两相对称绕组上加以两相对称电压,则电机的转子将在圆形旋转磁场的作用下旋转,若改变加在两相对称绕组上的电压大小或相位,则将产生一椭圆形旋转磁场,这样就可以实现对两相交流伺服电动机的控制。
3产品的选择
3.1 交流与直流伺服电动机的比较
交流伺服电动机和直流伺服电动机都可作为控制系统中的执行元件,但应根据各自的特点和使用的具体情况,合理选用。
(1)从机械特性上考虑,直流伺服电动机的机械特性是线性的.在不同控制电压下,机械特性是相互平行的,而且特性很硬;但交流伺服电动机的机械特性是非线性的,特性的斜率随着控制信号的不同而变化,机械特性很软,特别在低速段更加严重。
(2)从快速响应看,主要是考虑电动机的机电时间常数。由于直流伺服电动机的转子上有电枢和换向器,其惯量较大,但由于其机械特性很硬,即在相同的空载转速下,堵转转矩大得多,因此总的来看,直流伺服电动机的机电时间常数比交流伺服电动机的大得不多,但在带较大负载时,直流伺服电动机的机电时间常数就要比交流伺服电动机小。
(3)从体积、重量和效率上考虑,由于交流伺服电动机的转子电阻较大,这样其损耗大、效率低,而且它通常运行在椭圆磁场的情况下,反向磁场的阻转矩作用使得电机的有效转矩减小,这就使得电机的利用程度变差,因此在同样输出功率时,交流伺暇电动机要比直流伺服电动机的体积大、重量重、效率低,这就使得它只适用于0. 5—100w的小功率控制系统中,而在几十到几个千瓦的功率较大的控制系统中,较多地采用直流伺服电动机。
(4)从结构复杂性、运行可靠性及对系统的干扰等方面看,由于直流伺服电动机需要电刷和换向器,使得其结构变得复杂,工作的稳定性和可靠性都较差,而且换向器上产生的火花引起的无线电干扰会影响系统的正常工作,同时由于电刷与换电器之间的摩擦增加了电机的阻力矩,使电机工作不稳定并产生较大的死区,影响电机的灵敏性;而交流伺服电动机结构简单、运行 |