微特電機的選用第九講 交流伺服電動機的選用
宋立偉 朱春波 宋 凱(哈爾濱工業大學150001)
1引言
在小功率隨動系統中經常采用交流伺服電動機,在控制系統中交流伺服電動機也常被用作執行元件。作為伺服電動機使用的交流電動機通常為兩相交流電動機,它的結構與普通的感應電動機相近,但在特性上有很大的差別,即除了具有良好的控制性能外,還應具有寬廣的調速范圍、穩定的運行性能、機械特性和調節特性的線性度好、無自轉現象、控制功率小起動轉矩大以及快速響應好等特點。
2工作原理
交流伺服電動機的原理示意圖如圖1所示,其中wi為激勵繞組,wk為控制繞組。通常,交流伺服電動機的激磁繞組與控制繞組為兩相對稱繞組,并且在兩相繞組中通以兩相對稱電流。由旋轉磁場的理論可知,在兩相對稱繞組中通以兩相對稱電流時,將產生一個圓形旋轉磁場,它的幅值恒定,旋轉方向是由電流****相到落后相,轉速為:
當轉子靜止時,由于磁場的旋轉,使得轉子鼠籠的導條切割磁力線,則導條中的感應電勢為:
當忽略導條電感時,導條中的電流為:
導條中電流與磁場相互作用產生電磁轉矩,其表達式為:
這時,電機的轉矩叫作起動轉矩。當轉子旋轉時,只要其轉速小于旋轉磁場的轉速,電機就存在電磁轉矩。通常,電機的轉速用轉差率表示,轉差率的表達式為:
在兩相交流伺服電動機的兩相對稱繞組上加以兩相對稱電壓,則電機的轉子將在圓形旋轉磁場的作用下旋轉,若改變加在兩相對稱繞組上的電壓大小或相位,則將產生一橢圓形旋轉磁場,這樣就可以實現對兩相交流伺服電動機的控制。
3產品的選擇
3.1 交流與直流伺服電動機的比較
交流伺服電動機和直流伺服電動機都可作為控制系統中的執行元件,但應根據各自的特點和使用的具體情況,合理選用。
(1)從機械特性上考慮,直流伺服電動機的機械特性是線性的.在不同控制電壓下,機械特性是相互平行的,而且特性很硬;但交流伺服電動機的機械特性是非線性的,特性的斜率隨著控制信號的不同而變化,機械特性很軟,特別在低速段更加嚴重。
(2)從快速響應看,主要是考慮電動機的機電時間常數。由于直流伺服電動機的轉子上有電樞和換向器,其慣量較大,但由于其機械特性很硬,即在相同的空載轉速下,堵轉轉矩大得多,因此總的來看,直流伺服電動機的機電時間常數比交流伺服電動機的大得不多,但在帶較大負載時,直流伺服電動機的機電時間常數就要比交流伺服電動機小。
(3)從體積、重量和效率上考慮,由于交流伺服電動機的轉子電阻較大,這樣其損耗大、效率低,而且它通常運行在橢圓磁場的情況下,反向磁場的阻轉矩作用使得電機的有效轉矩減小,這就使得電機的利用程度變差,因此在同樣輸出功率時,交流伺暇電動機要比直流伺服電動機的體積大、重量重、效率低,這就使得它只適用于0. 5—100w的小功率控制系統中,而在幾十到幾個千瓦的功率較大的控制系統中,較多地采用直流伺服電動機。
(4)從結構復雜性、運行可靠性及對系統的干擾等方面看,由于直流伺服電動機需要電刷和換向器,使得其結構變得復雜,工作的穩定性和可靠性都較差,而且換向器上產生的火花引起的無線電干擾會影響系統的正常工作,同時由于電刷與換電器之間的摩擦增加了電機的阻力矩,使電機工作不穩定并產生較大的死區,影響電機的靈敏性;而交流伺服電動機結構簡單、運行 |