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1、第第9课课 交流伺服电机交流伺服电机 内容：内容：一、交流伺服电机的基本结构与工作原理；一、交流伺服电机的基本结构与工作原理；二、交流伺服电机的控制方式二、交流伺服电机的控制方式；目的：目的：1 1、了解交流伺服电机的结构与原理；、了解交流伺服电机的结构与原理；2 2、掌握交流伺服电机的特点。、掌握交流伺服电机的特点。第第9课课 交流伺服电机交流伺服电机 交流伺服驱动是最新发展起来的新型伺交流伺服驱动是最新发展起来的新型伺服系统，也是当前机床进给驱动系统方面的服系统，也是当前机床进给驱动系统方面的一个新动向。交流异步电机由于结构简单，一个新动向。交流异步电机由于结构简单，成本低廉，无电刷磨损问
2、题，维修方便，一成本低廉，无电刷磨损问题，维修方便，一向被认为是向被认为是种理想的伺服电机。但由于调种理想的伺服电机。但由于调速问题得不到经济合理的解决，过去发展不速问题得不到经济合理的解决，过去发展不快而新型的交流伺服系统克服了直流驱动快而新型的交流伺服系统克服了直流驱动系统中存在的一些缺点，采用调频等调速方系统中存在的一些缺点，采用调频等调速方法，其调速范围与宽调速直流伺服系统相近。法，其调速范围与宽调速直流伺服系统相近。第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机系统交流伺服电机系统驱动器驱动器交流伺服交流伺服电机器电机器第一节第一节 交流伺服电机的结构与原
3、理交流伺服电机的结构与原理一、结构一、结构交流电机交流电机编码器编码器交流电机交流电机电源线电源线编码器信编码器信号输出线号输出线第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理 交流伺服电机交流伺服电机结构与交流结构与交流单相异单相异步电动机步电动机基本相同，基本相同，包括包括:1 1、定子、定子2 2、转子、转子一、结构一、结构两部分组成两部分组成定子定子转子转子UCUL第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理1 1、定子、定子一、结构一、结构两个线圈在空间两个线圈在空间相差相差90电度角电度角定子定子励磁绕组励磁绕组控制绕组控制绕组励磁电压励磁电压控制
4、电压控制电压第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理2 2、转子、转子一、结构一、结构交流伺服电机的转子有二交流伺服电机的转子有二种结构形式种结构形式:(1)(1)鼠笼形转子鼠笼形转子(2)(2)杯形转子杯形转子转子转子第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理2 2、转子、转子一、结构一、结构转子转子(1)(1)鼠笼形转子鼠笼形转子与与普通普通鼠笼式鼠笼式交交流电机相同。流电机相同。第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理空心杯形转子伺服电机结构空心杯形转子伺服电机结构 它的外定子和笼形转子交流伺服电机相它的外定子和笼形转子交流
5、伺服电机相同，转子则由非磁性导电材料同，转子则由非磁性导电材料(如铜、铅如铜、铅)制制成空心杯形状，杯子底部固定在转轴上空成空心杯形状，杯子底部固定在转轴上空心杯的壁很薄心杯的壁很薄(小于小于0.5mm)0.5mm)。(2)(2)、杯形转子、杯形转子由由外定子外定子、杯形转子杯形转子和和内定子内定子三部分组成。三部分组成。一、结构一、结构2 2、转子、转子第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理3 3、编码器、编码器编码器编码器部分部分一、结构一、结构 安装在电机后端，其转盘（光栅）安装在电机后端，其转盘（光栅）与电机同轴。与电机同轴。5V5V0V0V第一节第一节 交流伺
6、服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理空心杯形转子伺服电机结构空心杯形转子伺服电机结构 原理与单相感应电动原理与单相感应电动机无本质上的差异。机无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓服交流伺服电机的所谓“自转自转“现象，即无控制信现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。控制信号消失，它应能立即停止转动。二、原理二、原理第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理 交流伺服电机在没有控制电压时
7、，交流伺服电机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电机的转速随控制电压的大小况下，电机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电机将反转。伺服电机将反转。交流伺服电机原理图交流伺服电机原理图二、原理二、原理第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理 （1 1）起动转矩大）起动转矩大
8、 由于转子电阻大，其转矩特性曲由于转子电阻大，其转矩特性曲线线1 1与普通异步电机的转矩特性曲线与普通异步电机的转矩特性曲线2 2相比，有明显的区别。它可使临界转相比，有明显的区别。它可使临界转差率差率S S0 01 1，这样不仅使转矩特性（机，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点快、灵敏度高的特点。图图1-8 伺服电机的转矩特性伺服电机的转矩特性三、特点三、特点第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理
9、交流伺服电机的结构与原理 （2 2）运行范围较宽）运行范围较宽 转差率转差率S S在在0 0到到1 1的范围内的范围内伺服电机都能稳定运转。伺服电机都能稳定运转。图图1-8 伺服电机的转矩特性伺服电机的转矩特性三、特点三、特点第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理 （3 3）无自转现象）无自转现象 为什能立即停止运转？由于为什能立即停止运转？由于转子电阻转子电阻大大，使它的临界转差率大于，使它的临界转差率大于1 1。如果控制信。如果控制信号降为号降为0 0，励磁电流仍然存在，气隙中产生，励磁电流仍然存在，气隙中产生一个脉动磁场，此磁场视为正、反旋转磁一个脉动磁场，此磁场
10、视为正、反旋转磁场的合成。曲线场的合成。曲线1 1、2 2，以及合成磁场，以及合成磁场3 3。假。假设电机原来在单一正向旋转磁场的带动下设电机原来在单一正向旋转磁场的带动下运行于运行于A A点，此时负载力矩是点，此时负载力矩是M ML L，一但信号，一但信号消失，电机即按合成曲线消失，电机即按合成曲线3 3运行。由于惯性，运行。由于惯性，运动点由运动点由A A移到移到B B，此时电机产生了一个反，此时电机产生了一个反向的制动力矩向的制动力矩M MZ Z。M ML L、M MZ Z作用下迅速停止。作用下迅速停止。三、特点三、特点Mon213Mon1AMLMZB3第一节第一节 交流伺服电机的结构与
11、原理交流伺服电机的结构与原理实验平台采用的交流伺服电实验平台采用的交流伺服电机为普通不加阻尼补偿的小机为普通不加阻尼补偿的小型小惯量交流伺服电机，是型小惯量交流伺服电机，是panasonic 的的MINAS A系列产系列产品，型号为：品，型号为：MSMA042A1G额定转速为额定转速为3000/min；分辨率分辨率10000；引出数为引出数为11线线。四、命名四、命名第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理型号为：型号为：MSM A 04 2 A 1 GMSM A 04 2 A 1 G其中：其中：MSM转动惯量；转动惯量；MSM为小惯量，为小惯量，MDM为中惯量，为中惯量
12、，MHM为大惯量；为大惯量；A系列符号系列符号；04额定输出功率。额定输出功率。400W 2电源电压电源电压220V A旋转编码器参数旋转编码器参数 2500P/r1用户规格。用户规格。1为标准型为标准型 G G电机结构。电机结构。A A为无制动的直轴电机，为无制动的直轴电机，B B为有制动的直轴电机，为有制动的直轴电机，G G为无制动键槽电机为无制动键槽电机；四、命名四、命名第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理五、驱动器五、驱动器1 1、主要功能、主要功能（1 1）根据给定）根据给定信号输出与此信号输出与此成正比的控制成正比的控制电压电压UCUC；（2 2）接收编码
13、）接收编码器的速度和位器的速度和位置信号；置信号；（3 3）I/OI/O信号信号接口接口第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理五、驱动器五、驱动器数码显示窗口数码显示窗口参数设置键参数设置键计算机计算机RS232口口I/O信号接口信号接口编码器信号接口编码器信号接口电机电源输入电机电源输入输出接线端子输出接线端子2、外部组成、外部组成第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理五、驱动器五、驱动器2、外部组成、外部组成第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理五、驱动器五、驱动器MREA/D功功率率放放大大器器序列控制器序列控制器误
14、差检出误差检出门激励门激励8888888操作人员接口操作人员接口参数控制参数控制EEPROM保护电路保护电路A/D位置误差计数器位置误差计数器放大器放大器速度误差速度误差放大器放大器速度检出速度检出内速度指令内速度指令转矩限位转矩限位电流控制电流控制PWM电路电路处理编码器信号处理编码器信号位置/速度速度转矩位置内外16位报警信号脉冲指令速度指令转矩指令脉冲输出LED面板B1B2PtrL1L2L3+5V+/-12V门激励电源编码器电源3、原理框图、原理框图第一节第一节 交流伺服电机的结构与原理交流伺服电机的结构与原理六、交流伺服电机系统连接六、交流伺服电机系统连接图图 2-2 2-2 交流伺服
15、电机系统接线示意图交流伺服电机系统接线示意图交流伺服电机驱动器连接连接AC220V I/O板板第二节第二节 交流伺服电机的控制方式交流伺服电机的控制方式 交流伺服电机的励磁绕组和控制绕组一般都设交流伺服电机的励磁绕组和控制绕组一般都设计成对称的，即串联匝数、绕组系数和导线线径都计成对称的，即串联匝数、绕组系数和导线线径都相同，空间位置相差相同，空间位置相差90900 0电角度。电角度。加在控制绕组上的信号不同，产生的磁场椭圆度也不相同。加在控制绕组上的信号不同，产生的磁场椭圆度也不相同。例如，负载转矩一定，改变控制信号，就可以改变磁场的例如，负载转矩一定，改变控制信号，就可以改变磁场的圆度，从
16、而控制伺服电动机的转速。圆度，从而控制伺服电动机的转速。若两个若两个电压幅值不等或相位差不是电压幅值不等或相位差不是90900 0电角度电角度，则产生的，则产生的磁场将是一个椭圆形旋转磁场。磁场将是一个椭圆形旋转磁场。如果两相绕组上加以如果两相绕组上加以幅值幅值相等、相等、相位相位差差90900 0电角度的对称电角度的对称电压，则在电机的气隙中产生圆形旋转磁场。电压，则在电机的气隙中产生圆形旋转磁场。第二节第二节 交流伺服电机的控制方式交流伺服电机的控制方式交流伺服电机的控制方式有三种：交流伺服电机的控制方式有三种：1、幅值控制、幅值控制2、相位控制、相位控制3、幅值相位控制、幅值相位控制。第
17、二节第二节 交流伺服电机的控制方式交流伺服电机的控制方式交流伺服电机的控制方式有三种：交流伺服电机的控制方式有三种：1、幅值控制、幅值控制 保持控制电压和励保持控制电压和励磁电压之间的相位角差磁电压之间的相位角差为为900，仅仅改变控制电，仅仅改变控制电压的幅值，这种控制方压的幅值，这种控制方式叫幅值控制式叫幅值控制。移相移相900Ui=900UCUL第二节第二节 交流伺服电机的控制方式交流伺服电机的控制方式交流伺服电机的控制方式有三种：交流伺服电机的控制方式有三种：2、相位控制、相位控制保持控制电压的幅值不保持控制电压的幅值不变，仅仅改变控制电压变，仅仅改变控制电压与励磁电压的相位差与励磁电压的相位差，这种控制方式叫相位，这种控制方式叫相位控制。控制。移移 相相UiUL第二节第二节 交流伺服电机的控制方式交流伺服电机的控制方式交流伺服电机的控制方式有三种：交流伺服电机的控制方式有三种：3、幅值相位控制、幅值相位控制。在励磁电路中联移相电容，在励磁电路中联移相电容，改变控制电压的幅值以引改变控制电压的幅值以引起励磁电压的幅值及其相起励磁电压的幅值及其相对于控制电压的相位差发对于控制电压的相位差发生变化，这种控制方式，生变化，这种控制方式，叫幅值相位控制叫幅值相位控制(或电容控或电容控制）。制）。UiRCLCphICILUCU1第第9课课 交流伺服电机交流伺服电机完完